KR101785687B1 - Method for detection of target nucleic acid sequence by multiple amplification nested signal amplification - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다중 증폭 이중 시그널 증폭에 의한 타겟 핵산 서열의 검출 방법폭(multiple amplification nested signal amplification; MANSA)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 덤벨 올리고뉴클레오티드를 이용한 타겟 핵산 서열의 1차 증폭 반응 및 2차 시그널 증폭 반응에 의해 타겟 핵산 서열을 증폭 및 검출하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 위양성 없이 극히 제한된 시료 내의 다수의 타겟 핵산 서열을 검출할 수 있다. The present invention relates to a multiple amplification nested signal amplification (MANSA) method using multiple amplification double signal amplification, and more particularly, to a method for amplifying a target nucleic acid sequence using a dumbbell oligonucleotide, And a method for amplifying and detecting a target nucleic acid sequence by a signal amplification reaction. The present invention is capable of detecting multiple target nucleic acid sequences in a very limited sample without false positives.
Description
본 발명은 다중 증폭 이중 시그널 증폭에 의한 타겟 핵산 서열의 검출 방법폭(multiple amplification nested signal amplification; MANSA)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 덤벨 올리고뉴클레오티드를 이용한 타겟 핵산 서열의 1차 증폭 반응 및 2차 시그널 증폭 반응에 의해 타겟 핵산 서열을 증폭 및 검출하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a multiple amplification nested signal amplification (MANSA) method using multiple amplification double signal amplification, and more particularly, to a method for amplifying a target nucleic acid sequence using a dumbbell oligonucleotide, And a method for amplifying and detecting a target nucleic acid sequence by a signal amplification reaction.
현재 연구자들이 유전자 시료를 수득하기 위하여 가장 보편적으로 사용하는 방법은 DNA 중합효소를 이용한 중합효소 연쇄반응 방법이다. 중합효소 연쇄반응에 이용되는 올리고뉴클레오티드는 주형 DNA와 반대쪽 가닥에 결합되도록 디자인된다. 상기 방법은 타겟 DNA와 결합할 수 있는 올리고뉴클레오티드의 길이와 염기서열을 임의로 조절해서 설계함으로써 목적하는 유전자의 원하는 부위만을 정확하게 증폭시킬 수 있다는 장점이 있는 반면, 한 번의 반응으로 하나의 타겟 유전자만을 증폭시킬 수 있어 증폭하고자 하는 타겟 유전자의 개수가 많을 경우 동일한 작업을 반복해야 하는 단점이 있다.Currently, the most common method used by researchers to obtain genetic samples is the polymerase chain reaction method using DNA polymerase. The oligonucleotide used in the polymerase chain reaction is designed to bind to the opposite strand of the template DNA. The above method has an advantage in that only a desired region of a desired gene can be amplified accurately by designing the oligonucleotide capable of binding to a target DNA by arbitrarily regulating the length and base sequence thereof. On the other hand, If the number of target genes to be amplified is large, the same procedure must be repeated.
이러한 단점을 해결하기 위하여, 2종류 이상의 타겟 유전자와 각각의 타겟 유전자에 해당하는 프라이머들을 하나로 혼합하여 중합효소 연쇄반응을 수행하는 방법들이 개발되고 있고, 더불어, 프라이머의 어닐링 특이성을 개선하기 위한 많은 방법들이 개발되었다. 예를 들어, 터치다운 PCR (Don et al., 1991), 핫 스타트 PCR (DAquila et al.,1991), 네스티트 PCR (Mullis and Faloona, 1987) 및 부스터 PCR (Ruano et al.,1989)이 있다. 이외의 또 다른 접근 방식으로는 다양한 인핸서 화합물을 이용하여 PCR의 특이성을 개선하는 것으로 이들 인핸서 화합물에는 효과적인 결합반응 온도를 증가시키는 화학물질, DNA 결합 단백질, 상업적 이용 가능한 반응물질 등이 포함된다. 그러나, 모든 PCR 방법에서 성공적인 결과물을 도출할 수 획득할 수 없고 다양한 결합 온도 조건하에서 이들 첨가물들을 테스트하는 일은 많은 시간과 노력을 기울여야 하는 작업이다. 비록, 상술한 접근 방식들은 프라이머 어닐링 특이성을 개선하는 데 어느 정도 기여를 하지만, 상술한 방법들은 PCR 증폭에 이용되는 프라이머로부터 초래되는 문제점, 예컨대, 비-특이적 생성물 및 높은 백그라운드에 대한 근본적인 해결책은 되지 못한다. 또한, 성공적으로 한 번에 증폭시킬 수 있는 유전자의 수가 3 내지 4개에 불과하고, 각 유전자들간의 경쟁이나 간섭 효과, 비특이적 산물의 증폭 등 그 단점이 개선되지 않고 있어, 실질적으로는 사용되지 못하고 있는 실정이다.In order to overcome such disadvantages, methods have been developed in which a polymerase chain reaction is performed by mixing two or more target genes and primers corresponding to respective target genes into one, and in addition, there are many methods for improving annealing specificity of a primer Were developed. For example, one or more of the following can be used: touchdown PCR (Don et al., 1991), hot start PCR (DAquila et al., 1991), Nestit PCR (Mullis and Faloona, 1987) and booster PCR (Ruano et al. have. Yet another approach improves the specificity of PCR using a variety of enhancer compounds, including enhancers that increase the effective binding reaction temperature, DNA binding proteins, commercially available reactants, and the like. However, it is not possible to obtain successful results in all PCR methods and testing these additives under various binding temperature conditions is a time-consuming and time-consuming task. Although the approaches described above contribute somewhat to improving primer annealing specificities, the methods described above are problematic in that problems resulting from primers used in PCR amplification, such as non-specific products and a fundamental solution to high background, It does not. In addition, the number of genes that can be successfully amplified at one time is only 3 to 4, and the disadvantages such as competition and interference effects between the respective genes and amplification of nonspecific products are not improved, so that they are not actually used In fact.
이처럼, 다중 중합효소 연쇄반응 및 대립유전자 특이 PCR을 수행하기 위해서는, 목적하는 타겟 유전자의 조건을 최적화하여야만 하는데, 이를 위하여 많은 시간과 노력, 그리고 샘플 소모를 감수해야만 하고, 이처럼 최적화된 조건은 다른 유전자에 적용되지 않는다. 이를 극복하기 위하여, 링커 중합효소 연쇄반응(Linker PCR)이나 라이게이션을 통한 중합효소 연쇄반응(Ligation Mediated PCR)(참조: Journal of Clinical Microbiology, 43(11):5622-5627, 2005) 등의 방법들이 개발되었다. 그러나, 링커 중합효소 연쇄반응의 경우 첫 번째 튜브에서 반응시킨 생성물의 일부를 두 번째 튜브로 옮겨 반응을 수행하는 실험상의 특성상 교차 오염이 발생할 수 있으며, 라이게이션 중합효소 연쇄반응의 경우에는 여러 종류의 효소를 이용한 복잡한 실험방법이 연구자들의 어려움을 야기하여 일부에서만 이러한 실험기법을 이용하고 있다.Thus, in order to perform multiple polymerase chain reaction and allele-specific PCR, it is necessary to optimize the conditions of the target gene, which requires a lot of time, effort, and sample consumption. . In order to overcome this problem, a method such as linker PCR or ligation-mediated PCR (Ligation Mediated PCR) (Journal of Clinical Microbiology, 43 (11): 5622-5627, 2005) Were developed. However, in the case of the linker polymerase chain reaction, cross-contamination may occur due to an experimental characteristic in which a part of the product reacted in the first tube is transferred to the second tube, and in the case of the ligation polymerase chain reaction, Complex experimental methods using enzymes have caused difficulties for researchers and only some of them have used these experimental techniques.
이에 따라 저렴하면서도 간단하게 유전자 증폭을 구현할 수 있는 기술의 개발이 요구되었다. 이러한 요구에 부응하고자 개발된 기술이 단순하게 프라이머만을 조작하여 PCR 반응 적합 온도에 도달하기 전까지는 증폭이 일어나지 않게 하는 방법이다. 이러한 방법의 예로, 대한민국특허등록 제649165호에 개시된 발명을 들 수 있다. 이 기술에서는 최초 프라이머에 조절자(regulator) 부위가 추가로 삽입되어 있다. 이 조절자 부위는 폴리데옥시이노신 링커(polydeoxyinosine linker)이며 이 조절자 부위를 구성하는 이노신(inosine)은 통상 프라이머를 구성하는 일반적인 뉴클레오티드인 G, A, T, C에 비해 낮은 Tm 값을 가지는 유니버설 염기(universal base)이므로 특정 온도에서 이 폴리데옥시이노신 링커는 "버블 유사 구조(bubble like structure)"를 형성하여 프라이머가 타겟에 비특이적으로 결합하는 것을 차단하여 PCR의 비특이적 증폭을 억제하는 역할을 한다. 이 기술은 앞서 기술한 종래 기술들에 비해 그 구현에 있어 다소 저렴해지기는 하였으나, PCR 수행시 첫 번째 주기에서의 결합 단계의 온도(PCR 반응 적합 온도)와 두 번째 주기에서의 결합 단계의 온도를 다르게 해야 하는 불편함이 있었다. 이는 두 번째 PCR 주기부터 프라이머에 추가로 도입된 서열까지 프라이밍에 참여할 수 있게 하기 위해서이다. 물론 이 "다른 온도의 적용"이 반드시 요구된다고는 할 수 없으나 효율적 PCR을 위해서는 다른 온도의 적용이 필요하다 할 수 있다. 또 상기 기술에서는 5'-말단 부위의 전-선택 아비트러리 뉴클레오티드 서열이 추가되어야 하며 이것이 타겟의 어떠한 위치와도 상보적이지 않아야 한다는 제약도 있었다. 이는 추가의 불편함을 초래하며 더 나아가 타겟의 모든 유전자 서열을 알지 못할 때는 상기 기술의 적용에 대한 성공을 확신할 수 없게 만든다. 따라서 이 종래 기술보다도 더 저렴하고 실현하기 용이한 새로운 방법의 개발이 필요하다.Accordingly, it has been required to develop a technology capable of realizing gene amplification inexpensively and simply. In order to meet such a demand, the technique developed is a method in which amplification does not occur until the primer alone is manipulated and the PCR reaction temperature is reached. An example of such a method is the invention disclosed in Korean Patent Registration No. 649165. In this technique, an additional regulator site is inserted in the initial primer. This regulator region is a polydeoxyinosine linker and the inosine constituting the regulator region is a universal nucleotide having a lower Tm value than the general nucleotides G, A, T, and C, Since it is a universal base, the polydeoxyinosine linker forms a "bubble-like structure" at a specific temperature and blocks nonspecific binding of the primer to the target, thereby suppressing nonspecific amplification of the PCR . Although this technique is somewhat less expensive than the conventional techniques described above, the temperature of the binding step in the first cycle (PCR reaction temperature) and the temperature of the binding step in the second cycle There was an inconvenience that it was required to be different. This is to allow priming to participate from the second PCR cycle to the sequence introduced into the primer. Of course, this "application of different temperatures" is not necessarily required, but it may be necessary to apply different temperatures for efficient PCR. Also, in the above-mentioned technique, there is a restriction that a pre-selection avitrilary nucleotide sequence at the 5'-terminal region should be added and this should not be complementary to any position of the target. This results in additional inconvenience and furthermore, it is not possible to be sure of the success of application of the technique when all the gene sequences of the target are unknown. Therefore, it is necessary to develop a new method which is cheaper and easier to realize than the prior art.
실시간 PCR은 실시간으로 증폭 산물을 측정하고 보다 정확한 정량적 분석을 가능하게 한다는 점에서 널리 사용되고 있다. 실시간 PCR에 관한 종래 특허문헌으로는, 미국 특허 제5,210,015호, 제5,538,848호 및 제6,326,145호가 있다. 기존의 실시간 PCR 방법은 증폭과 검출이 동시에 수행되는 동종 분석(homogeneous assay) 방식의 장점을 가지고 있지만, 형광 리포터 분자의 종류의 한계로 인하여 동시에 검출할 수 있는 타겟 핵산 서열 수가 제한적이다. 실시간 타겟 핵산 서열을 검출할 수 있는 현존의 열순환기(thermocycler)는 최대 5-plex까지 동시 검출이 가능하기 때문에, 동시에 검출할 수 있는 타겟 핵산 서열의 수가 제한적이며, 또한 대용량의 시료를 분석하기 위하여 많은 시간과 추가적인 고가의 실시간 모니터링 장비가 요구된다.Real-time PCR is widely used in that it can measure amplification products in real time and enables more accurate quantitative analysis. The conventional patent documents relating to real-time PCR include U.S. Patent Nos. 5,210,015, 5,538,848 and 6,326,145. The existing real-time PCR method has an advantage of a homogeneous assay method in which amplification and detection are simultaneously performed, but the number of target nucleic acid sequences that can be detected simultaneously is limited due to limitations of fluorescent reporter molecules. Since existing thermocycler capable of detecting real-time target nucleic acid sequences can detect up to 5-plex simultaneously, the number of target nucleic acid sequences that can be detected at the same time is limited, and in order to analyze a large- Time and additional expensive real-time monitoring equipment is required.
실시간 PCR의 대표적인 TaqMan 프로브 방식(미국 특허 제5,210,015호)과 셀프-??칭 형광 프로브 방식(미국 특허 제5,723,591호)은 이중-표지된 프로브의 비특이적 결합에 의한 위양성 결과가 발생되는 문제가 있기 때문에, 현실적으로 5-plex의 검출은 달성하기 어려우며, 이를 위해서는 숙련된 기술 및 노하우가 필수적으로 요구된다. 기존의 실시간 PCR 방식은 증폭과 검출을 동시해야 하기 때문에, 실시간 PCR 장비의 고속처리(High Throughput)에 한계가 있다.The TaqMan probe method (U.S. Patent No. 5,210,015) and the self-fluorescence probe method (U.S. Patent No. 5,723,591), which are typical examples of real-time PCR, have a problem in that a false positive result is caused by non-specific binding of double- , Realistic detection of the 5-plex is difficult to achieve and requires skilled techniques and know-how. Since the conventional real-time PCR method requires simultaneous amplification and detection, high throughput of real-time PCR equipment is limited.
따라서, 본 발명의 목적은 상온에서의 의도하지 않은 PCR 증폭을 억제함으로 핫-스타트 PCR을 가능하게 해 줄 수 있는 타겟 핵산 서열의 증폭 및 검출 방법을 제공하는 것이다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for amplifying and detecting a target nucleic acid sequence capable of enabling hot-start PCR by suppressing unintended PCR amplification at room temperature.
또한, 본 발명의 다른 목적은 PCR 증폭시 최초 주형으로부터의 증폭에 비해 PCR 산물로부터의 증폭을 우세화시켜 결과적으로 PCR에서의 비특이적 증폭을 억제할 수 있는 타겟 핵산 서열의 증폭 및 검출 방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a method for amplifying and detecting a target nucleic acid sequence capable of suppressing nonspecific amplification in PCR as a result of predominating amplification from a PCR product in comparison with amplification from an initial template upon PCR amplification will be.
본 발명의 또 다른 목적은 다수의 타겟 핵산 서열을 멀티플렉싱 방법으로 동시에 검출할 수 있고, 종래의 실시간-PCR 방식보다 훨씬 적은 양의 프로브 및 시료를 이용하여도 보다 개선된 민감도로 다수의 타겟 핵산 서열들을 검출할 수 있는 방법을 제공하는 것이다. It is a further object of the present invention to provide a method and system for detecting multiple target nucleic acid sequences simultaneously with a multiplexing method and a method for detecting multiple target nucleic acid sequences with improved sensitivity using a much smaller amount of probe and sample than conventional real- And a method for detecting the same.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 다음의 단계를 포함하는, 덤벨 구조 올리고뉴클레오티드를 이용하여 타겟 핵산 서열을 검출하는 방법을 제공한다:In order to achieve the above object, the present invention provides a method for detecting a target nucleic acid sequence using a dumbbell structure oligonucleotide, comprising the steps of:
(a) 타겟 핵산 서열을 하기 일반식으로 표시되는 덤벨 구조 올리고뉴클레오티드를 이용한 1차 증폭 반응에 의해 증폭시키는 단계: (a) amplifying a target nucleic acid sequence by a first amplification reaction using a dumbbell structure oligonucleotide represented by the following general formula:
일반식 : 5'-A-B-C-3'General formula: 5'-A-B-C-3 '
상기 식에서, 상기 A는 혼성화되는 상기 타겟 핵산 서열의 한 위치에 대하여 실질적으로 상보적인 뉴클레오타이드 서열을 가지는 5'-저 Tm 특이성 부위로서, 상기 C의 한 위치에 대하여 실질적으로 상보적인 뉴클레오타이드 서열을 포함하고, 상기 B는 최소 세 개 이상의 유니버설 염기를 포함하는 분할 부위이며, 상기 C는 혼성화되는 상기 타겟 핵산 서열의 한 위치에 대하여 실질적으로 상보적인 뉴클레오타이드 서열을 가지는 3'-고 Tm 특이성 부위로서, 상기 A의 한 위치에 대하여 실질적으로 상보적인 뉴클레오타이드 서열을 포함하고, 상기 A의 Tm은 상기 C의 Tm보다 낮고, 상기 분할 부위는 3개의 부위 중에서 가장 낮은 Tm을 가지며, 상기 분할 부위는 상기 A와 C가 상기 타겟 핵산 서열에 혼성화되는 조건 하에서 비염기쌍 구조를 형성하고, 상기 혼성화는 C 단독에 의한 혼성화가 발생되지 않는 조건 하에서 실시되며, 그리고Wherein A is a 5'-low Tm specific region having a nucleotide sequence that is substantially complementary to a position of the target nucleic acid sequence to be hybridized, the nucleotide sequence comprising a nucleotide sequence substantially complementary to one position of C , B is a cleavage site containing at least three universal bases, and C is a 3'-high Tm specific region having a nucleotide sequence that is substantially complementary to a position of the target nucleic acid sequence to be hybridized, wherein A Wherein the Tm of the A is lower than the Tm of the C and the segment has the lowest Tm among the three segments and the segments A and C comprise a complementary nucleotide sequence Forming a non-base pair structure under conditions that hybridize to the target nucleic acid sequence, Is carried out under conditions that do not cause hybridization by itself, and
(b) 상기 1차 증폭 산물을 프라이머 및 형광발생 리포터(fluorogenic reporter)를 이용한 2차 증폭 반응에 의해 증폭시키고, 형광발생 리포터로부터의 시그널을 검출하는 단계로서, 상기 시그널의 검출은 타겟 핵산 서열의 존재를 나타낸다. (b) amplifying the primary amplification product by a secondary amplification reaction using a primer and a fluorogenic reporter, and detecting a signal from the fluorescence generation reporter, wherein the detection of the signal comprises the step of Indicates presence.
본 발명의 방법은 상온에서의 의도하지 않은 PCR 증폭을 억제함으로 핫-스타트 PCR을 가능하게 해 주고 또한, PCR 증폭시 최초 주형으로부터의 증폭에 비해 PCR 산물로부터의 증폭을 우세화시켜 결과적으로 PCR에서의 비특이적 증폭을 억제할 수 있다. The method of the present invention enables hot-start PCR by suppressing unintended PCR amplification at room temperature, and further amplifies the amplification from the PCR product in comparison with amplification from the initial template upon PCR amplification, Can be suppressed.
또한, 본 발명의 방법은 프라이머로서 덤벨 구조 올리고뉴클레오티드를 이용함으로써 한 번의 중합효소 연쇄반응으로 서로 다른 많은 유전자를 신속하고 정확하게 동시에 증폭시킬 수 있다.In addition, the method of the present invention can rapidly and accurately simultaneously amplify many different genes by a single PCR using a dumbbell structure oligonucleotide as a primer.
나아가, 본 발명은 다수의 타겟 핵산을 멀티플렉싱 방식으로 동시에 검출하되, 분석의 목적에 따라 다수의 타겟 핵산 서열들을 분류하고 구별할 수 있으며 종래의 실시간-PCR 방식보다 훨씬 적은 양의 프로브 및 시료를 이용하여도 보다 개선된 민감도로 다수의 타겟 핵산 서열들을 검출할 수 있다.Further, the present invention can simultaneously detect a plurality of target nucleic acids in a multiplexing manner, sort and distinguish a plurality of target nucleic acid sequences according to the purpose of analysis, and use much smaller amounts of probes and samples than conventional real-time PCR methods It is possible to detect a plurality of target nucleic acid sequences with improved sensitivity.
또한, 본 발명의 방법에 따르면, 종래의 부가적인 제한효소 처리나 염기서열 분석 과정 없이 다중 증폭 이중 시그널 증폭과 융해곡선의 융해온도 차이에 따른 다양한 암 유전자 또는 억제 유전자의 변이 유무를 오류없이 동시에 정확하게 검출할 수 있다. According to the method of the present invention, the presence or absence of mutation of various cancer genes or inhibitory genes according to the difference in melting temperature between the amplification double signal amplification and the fusion curve without any additional restriction enzyme treatment or nucleotide sequence analysis can be accurately Can be detected.
종래의 실시간 PCR 방법은 표지 프로브 또는 헤어핀 구조와 같은 복합하게 변형된 프라이머 구조를 필요로 하며, 이는 프로브 및 프라이머의 디자인, 합성 또는 서열 선택을 어렵게 한다. 그러나, 본 발명의 프라이머는 추가적인 표지 프로브 또는 복잡하게 변형된 프라이머 구조 없이, 타겟 증폭 뿐만 아니라 시그널 증폭에 이용되기 때문에, 실시간 PCR을 간단하며 용이하게 한다. Conventional real-time PCR methods require a complex modified primer structure, such as a labeled probe or a hairpin structure, which makes it difficult to design, synthesize or sequence select probes and primers. However, the primers of the present invention are simple and easy to perform real-time PCR since they are used for target amplification as well as signal amplification without additional marker probes or complexly modified primer structures.
종래의 실시간 PCR 방법은 프라이머 또는 프로브의 디자인 및 최적화가 어렵기 때문에 멀티플렉스 어세이에 적절하지 않다. 반면 본 발명은 실시간 PCR에 있어서 추가적인 프로브 또는 복잡하게 변형된 프라이머 구조 없이 타겟 증폭 이중 시그널 증폭과 융해곡선의 융해온도 차이에 따라 타겟 핵산 서열을 정확하게 검출할 수 있다. Conventional real-time PCR methods are not suitable for multiplex assays because they are difficult to design and optimize primers or probes. On the other hand, the present invention can accurately detect the target nucleic acid sequence according to the difference between the fusion amplitudes of the target amplified double signal amplification and the fusion curve without additional probes or complicatedly modified primer structures in real-time PCR.
따라서 본 방법은 실시간 PCR 분석법의 개발에 있어서, 시간적, 비용적 효율성이 개선된 것으로 간주된다. Thus, the present method is considered to have improved temporal and cost efficiency in the development of real-time PCR assays.
도 1은 본 발명의 다중 증폭 이중 시그널 증폭을 이용하여, 5개의 타겟 핵산 서열을 증폭 및 검출하는 과정을 나타낸 개요도이다.
도 2A 내지 2F는 다양한 농도의 타겟 핵산 서열 각각을 대상으로 본 발명의 방법을 이용하여 증폭한 결과(증폭 곡선)를 나타낸 것이다.
도 3은 다양한 농도의 타겟 핵산 서열을 혼합한 후 본 발명의 방법을 이용하여 증폭한 결과(증폭 곡선)를 나타낸 것이다.
도 4는 다양한 농도의 타겟 핵산 서열을 증폭한 후 전기영동 분석을 통해 확인한 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 다양한 농도의 타겟 핵산 서열을 혼합한 후 본 발명의 방법을 이용하여 증폭하고, 융해곡선 분석을 수행한 결과를 나타낸 것이다.
도 6A 내지 6F는 다양한 농도의 타겟 핵산 서열 각각을 대상으로 본 발명의 방법을 이용하여 증폭한 후, 융해곡선 분석을 수행한 결과를 나타낸 것이다. 1 is a schematic diagram showing a process of amplifying and detecting five target nucleic acid sequences using the multiple amplification double signal amplification of the present invention.
2A to 2F show amplification results (amplification curves) of each of the target nucleic acid sequences at various concentrations using the method of the present invention.
FIG. 3 shows the amplification results (amplification curves) obtained by mixing the target nucleic acid sequences at various concentrations and using the method of the present invention.
FIG. 4 shows the result of amplification of various concentrations of target nucleic acid sequences and electrophoresis analysis.
FIG. 5 shows the results of mixing the target nucleic acid sequences at various concentrations, amplifying using the method of the present invention, and performing a fusion curve analysis.
6A to 6F show the results of performing a fusion curve analysis after amplifying each of the target nucleic acid sequences at various concentrations using the method of the present invention.
본 발명은 상온에서의 의도하지 않은 PCR 증폭을 억제함으로 핫-스타트 PCR을 가능하게 해주고 또한, PCR 증폭 시 최초 주형으로부터의 증폭에 비해 PCR 산물로부터의 증폭을 우세화시켜 결과적으로 PCR에서의 비특이적 증폭을 억제할 수 있는 타겟 핵산 서열의 검출 방법을 제공한다. The present invention enables hot-start PCR by suppressing unintended PCR amplification at room temperature, and also allows amplification from PCR products to be superior to amplification from the initial template upon PCR amplification, resulting in nonspecific amplification in PCR The present invention provides a method for detecting a target nucleic acid sequence.
본 발명자들은 한 번의 중합효소 연쇄반응만으로 다수의 유전자를 증폭시킬 수 있는 방법을 개발하고자 예의 연구 노력한 결과, 증폭하고자 하는 유전자 염기서열의 프라이머 제작 시, 덤벨 구조(dumbbel structure)를 형성하도록 5`-말단에 3~5 bp의 3`-말단과 상보적으로 결합할 수 있는 임의 염기서열과 이 두 부위를 연결하는 3~5 bp의 유니버설 염기쌍을 추가한 덤벨 구조 올리고뉴클레오티드로 구성된 프라이머를 이용할 경우, 한 번의 중합효소 연쇄반응으로 서로 다른 많은 유전자를 신속하고 정확하게 동시에 증폭시킬 수 있음을 확인하였다. 본 발명자들은 상기 덤벨 구조 올리고뉴클레오티드를 이용하여 멀티플렉스 타겟 증폭을 우선적으로 실시하여 증폭 산물을 확보한 다음 이중 시그널 증폭을 통해 타겟 핵산 서열을 검출하는 기술을 개발하였다.The inventors of the present invention have made extensive efforts to develop a method for amplifying a large number of genes using only one PCR reaction. As a result, it has been found that when a primer of a gene sequence to be amplified is prepared, When a primer consisting of a dumbbell-structured oligonucleotide having an arbitrary base sequence complementary to a 3 & tilde & 5-bp termini at the terminal and a universal base pair of 3 to 5 bp connecting the two sites is added, It was confirmed that one polymerase chain reaction can rapidly and accurately amplify many different genes simultaneously. The inventors of the present invention have developed a technology for detecting a target nucleic acid sequence through double signal amplification after securing an amplification product by preferentially performing multiplex target amplification using the dumbbell structure oligonucleotide.
따라서 본 발명은 액상에서 다중 증폭 이중 시그널 증폭(multiple amplification nested signal amplification)을 이용한 DNA 또는 핵산 혼합물로부터 타겟 핵산 서열을 검출하는 방법을 제공하며, 이는 하기의 실시예 및 청구범위에 의해 보다 명확하게 된다.Accordingly, the present invention provides a method for detecting a target nucleic acid sequence from a DNA or nucleic acid mixture using multiple amplification nested signal amplification in liquid phase, which will be made clear by the following examples and claims .
본 발명의 일 실시양태에서, 본 발명은 다음의 단계를 포함하는, 덤벨 구조 올리고뉴클레오티드를 이용하여 타겟 핵산 서열을 검출하는 방법을 제공한다:In one embodiment of the invention, the present invention provides a method for detecting a target nucleic acid sequence using a dumbbell structure oligonucleotide, comprising the steps of:
(a) 타겟 핵산 서열을 하기 일반식으로 표시되는 덤벨 구조 올리고뉴클레오티드를 이용한 1차 증폭 반응에 의해 증폭시키는 단계: (a) amplifying a target nucleic acid sequence by a first amplification reaction using a dumbbell structure oligonucleotide represented by the following general formula:
일반식 : 5'-A-B-C-3'General formula: 5'-A-B-C-3 '
상기 식에서, 상기 A는 혼성화되는 상기 타겟 핵산 서열의 한 위치에 대하여 실질적으로 상보적인 뉴클레오타이드 서열을 가지는 5'-저 Tm 특이성 부위로서, 상기 C의 한 위치에 대하여 실질적으로 상보적인 뉴클레오타이드 서열을 포함하고, 상기 B는 최소 세 개 이상의 유니버설 염기를 포함하는 분할 부위이며, 상기 C는 혼성화되는 상기 타겟 핵산 서열의 한 위치에 대하여 실질적으로 상보적인 뉴클레오타이드 서열을 가지는 3'-고 Tm 특이성 부위로서, 상기 A의 한 위치에 대하여 실질적으로 상보적인 뉴클레오타이드 서열을 포함하고, 상기 A의 Tm은 상기 C의 Tm보다 낮고, 상기 분할 부위는 3개의 부위 중에서 가장 낮은 Tm을 가지며, 상기 분할 부위는 상기 A와 C가 상기 타겟 핵산 서열에 혼성화되는 조건 하에서 비염기쌍 구조를 형성하고, 상기 혼성화는 C 단독에 의한 혼성화가 발생되지 않는 조건 하에서 실시되며, 그리고Wherein A is a 5'-low Tm specific region having a nucleotide sequence that is substantially complementary to a position of the target nucleic acid sequence to be hybridized, the nucleotide sequence comprising a nucleotide sequence substantially complementary to one position of C , B is a cleavage site containing at least three universal bases, and C is a 3'-high Tm specific region having a nucleotide sequence that is substantially complementary to a position of the target nucleic acid sequence to be hybridized, wherein A Wherein the Tm of the A is lower than the Tm of the C and the segment has the lowest Tm among the three segments and the segments A and C comprise a complementary nucleotide sequence Forming a non-base pair structure under conditions that hybridize to the target nucleic acid sequence, Is carried out under conditions that do not cause hybridization by itself, and
(b) 상기 1차 증폭 산물을 프라이머 및 형광발생 리포터(fluorogenic reporter)를 이용한 2차 증폭 반응에 의해 증폭시키고, 형광발생 리포터로부터의 시그널을 검출하는 단계로서, 상기 시그널의 검출은 타겟 핵산 서열의 존재를 나타낸다. (b) amplifying the primary amplification product by a secondary amplification reaction using a primer and a fluorogenic reporter, and detecting a signal from the fluorescence generation reporter, wherein the detection of the signal comprises the step of Indicates presence.
본 발명의 방법은 (a) 생물학적 시료 내 타겟 핵산 서열의 1차 증폭 반응; 및 (b) 상기 1차 증폭 산물의 2차 증폭 반응(시그널 증폭) 및 시그널의 검출 반응을 포함한다. The method of the present invention comprises (a) a first amplification reaction of a target nucleic acid sequence in a biological sample; And (b) a secondary amplification reaction (signal amplification) of the primary amplification product and a detection reaction of the signal.
본 발명에 따르면, 우선적으로 1차 증폭 반응을 통하여 타겟 핵산 서열만을 증폭시킨 후, 상기 증폭 산물을 주형으로 하여 시그널을 증폭한다. 따라서, 종래 기술들과 비교하여 본 발명의 가장 큰 특징은 다음과 같다: 타겟 핵산 서열만을 1차 증폭시킨 후, 상기 증폭 산물을 2차 증폭(동시에 시그널 증폭)시킴으로써, 엑소뉴클레아제 활성에 의한 시그널 증폭 및 실시간 모니터링이 가능하다는 점이다. 이를 토대로 본 발명은 다중 증폭 이중 시그널 증폭("Multiple Amplification Nested Signal Amplification")으로 명명되며, 줄여서 "MANSA"로 명명된다.According to the present invention, only the target nucleic acid sequence is amplified through the first amplification reaction, and the signal is amplified using the amplification product as a template. Thus, the most significant features of the present invention in comparison with the prior art are as follows: By first amplifying only the target nucleic acid sequence and then performing a secondary amplification (simultaneous signal amplification) of the amplification product, by exonuclease activity Signal amplification and real-time monitoring. Based on this, the present invention is named as "Multiple Amplification Nested Signal Amplification" and is abbreviated as "MANSA".
타겟 핵산의 다중 증폭은 당업계에 공지된 다양한 프라이머-관여 핵산 증폭 방법들에 따라 실시될 수 있다. 바람직하게는, 타겟 핵산의 증폭은 PCR에 따라 실시되며, PCR 방법은 미국특허 제4,683,195호, 제4,683,202호 및 제4,800,159호에 개시되어 있다. 멀티플렉스 증폭되는 타겟 핵산 서열은 DNA 또는 RNA이다. 상기 핵산 분자는 이중쇄 또는 단일쇄일 수 있고, 바람직하게는 이중쇄이다. 출발물질로서 핵산이 이중쇄인 경우, 두 쇄를 단일쇄로, 또는 부분적인 단일쇄 형태로 만드는 것이 바람직하다. 쇄를 분리하는 방법은, 열, 알카리, 포름아미드, 우레아 및 글리콕살 처리, 효소적 방법(예, 헬리카아제 작용) 및 결합 단백질을 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 쇄 분리는 80-105℃의 온도로 열 처리하여 달성될 수 있다. mRNA가 출발물질로 이용되는 경우, 역전사 단계가 증폭 전에 필요로 하며, 역전사 단계에서, mRNA의 폴리 A 테일에 혼성화되는 올리고뉴클레오티드 dT 프라이머, 랜덤 헥사머, 혹은 타겟 핵산 서열의 상보적인 올리고뉴크레오타이드가 이용된다. 올리고뉴클레오티드 dT 프라이머는 dTMPs로 이루어져 있고, dT 프라이머가 프라이머로서 작용할 수 있는 한도 내에서 dTMPs 중 하나 또는 그 이상은 다른 dNMPs로 대체될 수 있다. 역전사 단계는 RNase H 활성을 갖는 역전사 효소에 의해 이루어질 수 있다. RNase H 활성을 갖는 효소를 이용하는 경우, 반응조건을 주의하여 선택하면 개별적인 RNase H 절단 과정을 피할 수 있다.Multiple amplification of the target nucleic acid can be performed according to various primer-associated nucleic acid amplification methods known in the art. Preferably, the amplification of the target nucleic acid is carried out by PCR, and the PCR method is disclosed in U.S. Patent Nos. 4,683,195, 4,683,202 and 4,800,159. The target nucleic acid sequence to be multiplex amplified is DNA or RNA. The nucleic acid molecule may be double-stranded or single-stranded, preferably double-stranded. When the nucleic acid as a starting material is a double-stranded nucleic acid, it is preferable to make the two strands single-stranded or partially single-stranded. Methods for separating the strands include, but are not limited to, heat, alkaline, formamide, urea and glycocalse treatment, enzymatic methods (eg, helicase action) and binding proteins. For example, chain separation can be achieved by heat treatment at a temperature of 80-105 [deg.] C. When mRNA is used as a starting material, a reverse transcription step is required prior to amplification, and in the reverse transcription step, an oligonucleotide dT primer, a random hexamer, or a complementary oligonucleotide of the target nucleic acid sequence hybridized to the poly A tail of the mRNA Is used. The oligonucleotide dT primer consists of dTMPs, and one or more of the dTMPs can be replaced with other dNMPs to the extent that the dT primer can act as a primer. The reverse transcription step can be accomplished by a reverse transcriptase having RNase H activity. When enzymes with RNase H activity are used, careful selection of reaction conditions avoids the individual RNase H cleavage process.
본 명세서에서 사용하는 용어 "올리고뉴클레오티드(oligonucleotide)"는 자연의 또는 변형된 모노머 또는 연쇄(linkages)의 선형 올리고머를 의미하며, 디옥시리보뉴클레오타이드 및 리보뉴클레오타이드를 포함하고 타겟 뉴클레오타이드 서열에 특이적으로 혼성화할 수 있으며, 자연적으로 존재하거나 또는 인위적으로 합성되는 것이다. 올리고뉴클레오티드는 혼성화에 있어 최대 효율을 위하여 바람직하게는 단일쇄이다. 바람직하게는, 올리고뉴클레오티드는 올리고디옥시리보뉴클레오타이드이다. 본 발명의 올리고뉴클레오티드는 자연 dNMP(즉, dAMP, dGMP, dCMP 및 dTMP), 뉴클레오타이드 유사체 또는 유도체를 포함할 수 있다. 또한, 올리고뉴클레오티드는 리보뉴클레오타이드도 포함할 수 있다. 예컨대, 본 발명의 올리고뉴클레오티드는 골격 변형된 뉴클레오타이드 예컨대, 펩타이드 핵산(PNA)(M. Egholm et al., Nature, 365:566-568(1993)), 포스포로티오에이트 DNA, 포스포로디티오에이트 DNA, 포스포로아미데이트 DNA, 아마이드-연결된 DNA, MMI-연결된 DNA, 2'-O-메틸 RNA, 알파-DNA 및 메틸포스포네이트 DNA, 당 변형된 뉴클레오타이드 예컨대, 2'-O-메틸 RNA, 2'-플루오로 RNA, 2'-아미노 RNA, 2'-O-알킬 DNA, 2'-O-알릴 DNA, 2'-O-알카이닐 DNA, 헥소스 DNA, 피라노실 RNA 및 안히드로헥시톨 DNA, 및 염기 변형을 갖는 뉴클레오타이드 예컨대, C-5 치환된 피리미딘(치환기는 플루오로-, 브로모-, 클로로-, 아이오도-, 메틸-, 에틸-, 비닐-, 포르밀-, 에티틸-, 프로피닐-, 알카이닐-, 티아조릴-, 이미다조릴-, 피리딜- 포함), C-7 치환기를 갖는 7-데아자퓨린(치환기는 플루오로-, 브로모-, 클로로-, 아이오도-, 메틸-, 에틸-, 비닐-, 포르밀-, 알카이닐-, 알켄일-, 티아조릴-, 이미다조릴-, 피리딜-), 이노신 및 디아미노퓨린을 포함할 수 있다.As used herein, the term "oligonucleotide" refers to a linear oligomer of natural or modified monomer or linkages and includes deoxyribonucleotides and ribonucleotides and is capable of specifically hybridizing to a target nucleotide sequence And is naturally present or artificially synthesized. Oligonucleotides are preferably single strands for maximum efficiency in hybridization. Preferably, the oligonucleotide is an oligodeoxyribonucleotide. Oligonucleotides of the present invention can include natural dNMPs (i.e., dAMP, dGMP, dCMP and dTMP), nucleotide analogs or derivatives. Oligonucleotides may also include ribonucleotides. For example, the oligonucleotides of the present invention can be synthesized by the reaction of a backbone modified nucleotide such as a peptide nucleic acid (PNA) (M. Egholm et al., Nature, 365: 566-568 (1993)), phosphorothioate DNA, phosphorodithioate DNA, phosphoamidate DNA, amide-linked DNA, MMI-linked DNA, 2'-O-methyl RNA, alpha-DNA and methylphosphonate DNA, sugar modified nucleotides such as 2'- 2'-O-alkyl DNA, 2'-O-allyl DNA, 2'-O-alkynyl DNA, hexose DNA, pyranosyl RNA, and anhydrohexy Tolyl DNA, and nucleotides with base modifications such as C-5 substituted pyrimidines wherein the substituents are fluoro, bromo, chloro, iodo-, methyl-, ethyl-, vinyl-, formyl-, 7-deazapurines having C-7 substituents (the substituents being fluoro, bromo, chloro, bromo, chloro, , children Methyl-, ethyl-, vinyl-, formyl-, alkynyl-, alkenyl-, thiazolyl-, imidazolyl-, pyridyl-), inosine and diaminopurine.
본 명세서에서 사용되는 용어 "프라이머"는 올리고뉴클레오티드를 의미하는 것으로, 핵산쇄(주형)에 상보적인 프라이머 연장 산물의 합성이 유도되는 조건, 즉, 뉴클레오타이드와 DNA 중합효소와 같은 중합제의 존재, 그리고 적합한 온도와 pH의 조건에서 합성의 개시점으로 작용할 수 있다. 증폭의 최대 효율을 위하여, 바람직하게는 프라이머는 단일쇄이다. 바람직하게는, 프라이머는 디옥시리보뉴클레오타이드이다. 본 발명의 프라이머는 자연(naturally occurring) dNMP(즉, dAMP, dGMP, dCMP 및 dTMP), 변형 뉴클레오타이드 또는 비-자연 뉴클레오타이드를 포함할 수 있다. 또한, 프라이머는 리보뉴클레오타이드도 포함할 수 있다.As used herein, the term "primer " refers to an oligonucleotide in which the synthesis of primer extension products complementary to the nucleic acid chain (template) is induced, i.e. the presence of a polymerizing agent such as a nucleotide and a DNA polymerase, It can act as a starting point for synthesis at suitable temperature and pH conditions. For maximum efficiency of amplification, preferably the primer is single stranded. Preferably, the primer is a deoxyribonucleotide. The primers of the present invention may comprise naturally occurring dNMPs (i.e. dAMP, dGMP, dCMP and dTMP), modified nucleotides or non-natural nucleotides. In addition, the primers may also include ribonucleotides.
프라이머는, 중합제의 존재 하에서 연장 산물의 합성을 프라이밍시킬 수 있을 정도로 충분히 길어야 한다. 프라이머의 적합한 길이는 다수의 요소, 예컨대, 온도, 응용분야 및 프라이머의 소스(source)에 따라 결정된다.The primer should be long enough to be able to prime the synthesis of the extension product in the presence of the polymerizing agent. The appropriate length of the primer is determined by a number of factors, such as temperature, application, and the source of the primer.
용어 "어닐링" 또는 "프라이밍"은 주형 핵산에 올리고디옥시뉴클레오타이드 또는 핵산이 병치(apposition)되는 것을 의미하며, 상기 병치는 중합효소가 뉴클레오타이드를 중합시켜 주형 핵산 또는 그의 일부분에 상보적인 핵산 분자를 형성하게 한다. 본 명세서 용어 "혼성화(hybridization)"는 상보적인 단일쇄 핵산으로부터 이중쇄 핵산을 형성함을 의미한다. 용어 "어닐링"과 "혼성화"는 차이가 없으며, 본 명세서에서 혼용된다.The term "annealing" or "priming" means that the oligodeoxynucleotide or nucleic acid is apposited to the template nucleic acid, which polymerizes the nucleotide to form a complementary nucleic acid molecule to the template nucleic acid or a portion thereof . The term "hybridization" in this specification means to form a double-stranded nucleic acid from a complementary single-stranded nucleic acid. The terms "annealing" and "hybridization" are no different and are used interchangeably herein.
본 명세서에서 사용된 용어 "프로브(probe)"는 타겟 뉴클레오타이드 서열에 실질적으로 부위를 포함하는 단일쇄 핵산 분자이다.As used herein, the term "probe" is a single-stranded nucleic acid molecule comprising a substantial portion of a target nucleotide sequence.
본 발명에 이용되는 덤벨 구조 올리고뉴클레오티드는 타겟 핵산 서열에 혼성화(어닐링)되어 타겟 핵산 서열을 증폭시키는 역할을 하며, 하기 일반식으로 표시되는 구조를 갖는다. The dumbbell structure oligonucleotides used in the present invention serve to amplify a target nucleic acid sequence by hybridizing (annealing) to a target nucleic acid sequence and have a structure represented by the following general formula.
일반식 : 5'-A-B-C-3'General formula: 5'-A-B-C-3 '
상기 식에서, 상기 A는 혼성화되는 상기 타겟 핵산 서열의 한 위치에 대하여 실질적으로 상보적인 뉴클레오타이드 서열을 가지는 5'-저 Tm 특이성 부위로서, 상기 C의 한 위치에 대하여 실질적으로 상보적인 뉴클레오타이드 서열을 포함하고, 상기 B는 최소 세 개 이상의 유니버설 염기를 포함하는 분할 부위이며, 상기 C는 혼성화되는 상기 타겟 핵산 서열의 한 위치에 대하여 실질적으로 상보적인 뉴클레오타이드 서열을 가지는 3'-고 Tm 특이성 부위로서, 상기 A의 한 위치에 대하여 실질적으로 상보적인 뉴클레오타이드 서열을 포함하고, 상상기 A의 Tm은 상기 C의 Tm보다 낮고, 상기 분할 부위는 3개의 부위 중에서 가장 낮은 Tm을 가지며, 상기 분할 부위는 상기 A와 C가 상기 타겟 핵산 서열에 혼성화되는 조건 하에서 비염기쌍 구조를 형성하고, 상기 혼성화는 C 단독에 의한 혼성화가 발생되지 않는 조건 하에서 실시된다. Wherein A is a 5'-low Tm specific region having a nucleotide sequence that is substantially complementary to a position of the target nucleic acid sequence to be hybridized, the nucleotide sequence comprising a nucleotide sequence substantially complementary to one position of C , B is a cleavage site containing at least three universal bases, and C is a 3'-high Tm specific region having a nucleotide sequence that is substantially complementary to a position of the target nucleic acid sequence to be hybridized, wherein A Wherein the Tm of the imager A is lower than the Tm of the C, the division site has the lowest Tm among the three sites, and the division site includes the nucleotide sequence complementary to the A and C Forming a non-base pair structure under the condition that the target nucleic acid sequence hybridizes to the target nucleic acid sequence, It is performed under conditions that hybridization solely by the C does not occur.
본 발명에 이용되는 덤벨 구조 올리고뉴클레오티드는 분할 구역에 의해 분리된 5'-저 Tm 특이성 구역(5'-low Tm specificity portion)과 3'-고 Tm 특이성 구역(3'-high Tm specificity portion)에 의해 유형 특이적으로 혼성화가 결정되기 때문에 크게 향상된 혼성화 특이성을 나타낼 수 있다.The dumbbell structure oligonucleotides used in the present invention are divided into a 5'-low Tm specificity portion and a 3'-high Tm specificity portion separated by a segmentation region Lt; RTI ID = 0.0 > type-specific < / RTI > hybridization.
보다 상세하게는, 덤벨 구조 올리고뉴클레오티드는 타겟 핵산 서열에 어닐링될 때, 특이성이 종래 프라이머와 같이 프라이머 전체 길이에 의해 결정되는 것이 아니라, 서로 분할된 5'-저 Tm 특이성 부위 및 3'-고 Tm 특이성 부위에 의해 이중적으로 결정된다. 따라서, 덤벨 구조 올리고뉴클레오티드는 타겟 핵산 서열에 어닐링될 때, 종래의 프라이머와 다른 방식(performance)으로 어닐링되며, 이는 어닐링 특이성을 크게 향상시키는 결과를 초래한다.More specifically, when the dumbbell structure oligonucleotide is annealed to the target nucleic acid sequence, the specificity is not determined by the total length of the primer like the conventional primer, but the 5'-low Tm specificity region and the 3'-high Tm Specificity < / RTI > Thus, when a dumbbell structure oligonucleotide is annealed to a target nucleic acid sequence, it is annealed in a different manner than conventional primers, resulting in a significant improvement in annealing specificity.
본 발명에 이용되는 덤벨 구조 올리고뉴클레오티드에서, 상기 분할 구역에 위치하는 유니버설 염기는 데옥시이노신, 이노신, 7-디아자-2'-데옥시이노신, 2-아자-2'- 데옥시이노신, 2'-OMe 이노신, 2'-F 이노신, 및 상기 염기의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되며, 보다 바람직하게는, 데옥시이노신, 이노신, 또는 5-니트로인돌이고, 가장 바람직하게는 데옥시이노신이다. 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 분할 구역은 연속된 유니버설 염기를 포함한다. In the dumbbell structure oligonucleotides used in the present invention, the universal bases located in the above-mentioned segment are deoxyinosine, inosine, 7-diaza-2'-deoxyinosine, 2-aza-2'- '-OMe inosine, 2'-F inosine, and combinations of the above bases, more preferably deoxyinosine, inosine, or 5-nitroindole, and most preferably deoxyinosine. According to a preferred embodiment of the present invention, the segmentation zone comprises a continuous universal base.
본 발명에 이용되는 덤벨 구조 올리고뉴클레오티드에서, 상기 5'-저 Tm 특이성 부위의 길이는 3'-고 Tm 특이성 부위보다 짧다. 상기 5'-저 Tm 특이성 부위은 바람직하게는, 3-15 뉴클레오타이드 또는 3-5 뉴클레오타이드 길이를 갖는다. 상기 3'-고 Tm 특이성 부위는 3-30 뉴클레오타이드, 5-19 뉴클레오타이드, 6-18 뉴클레오타이드, 또는 18-30 뉴클레오타이드 길이를 갖는다. 상기 분할 구역은 3-5 뉴클레오타이드의 길이를 갖는다. 바람직하게는, 상기 5'-저 Tm 특이성 부위는 3 내지 5 뉴클레오타이드 길이, 상기 분할 부위는 3 내지 5 뉴클레오타이드 길이 및 상기 3'-고 Tm 특이성 부위는 18 내지 30 뉴클레오타이드 길이를 갖는다. In the dumbbell structure oligonucleotides used in the present invention, the length of the 5'-low Tm specificity region is shorter than the 3'-high Tm specificity region. The 5'-low Tm specificity region preferably has a length of 3-15 nucleotides or 3-5 nucleotides. The 3'-high Tm specificity site has 3-30 nucleotides, 5-19 nucleotides, 6-18 nucleotides, or 18-30 nucleotides in length. The segment has a length of 3-5 nucleotides. Preferably, the 5'-low Tm specificity region has a length of 3 to 5 nucleotides, the cleavage site has a length of 3 to 5 nucleotides, and the 3'-high Tm specificity region has a length of 18 to 30 nucleotides.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 5'-저 Tm 특이성 부위는 10-30℃의 Tm을 갖는다. 또한, 상기 3'-고 Tm 특이성 부위는 50-65℃의 Tm을 갖는다. 상기 분할 구역은 바람직하게는 3-10℃의 Tm을 갖는다.According to one embodiment of the present invention, the 5'-low Tm specificity region has a Tm of 10-30 ° C. In addition, the 3'-high Tm specificity region has a Tm of 50-65 ° C. The division preferably has a Tm of 3-10 [deg.] C.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 3'-고 Tm 특이성 부위는 혼성화되는 타겟 핵산 서열에 대하여 완벽하게 상보적인 뉴클레오타이드 서열을 가질 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the 3'-high Tm specificity region may have a nucleotide sequence perfectly complementary to the target nucleic acid sequence to be hybridized.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 덤벨 구조 올리고뉴클레오티드의 타겟 핵산 서열에의 어닐링은 50℃-65℃ 범위의 온도에서 실시될 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the annealing of the dumbbell structural oligonucleotide to the target nucleic acid sequence can be carried out at a temperature in the range of 50 ° C to 65 ° C.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 타겟 핵산 서열의 1차 증폭은 상기 덤벨 구조 올리고뉴클레오티드의 혼성화, 연장 및 변성과정을 포함하는 주형-의존적 연장 반응의 과정을 반복함으로써 이루어질 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the first amplification of the target nucleic acid sequence can be performed by repeating a process of template-dependent extension reaction including hybridization, extension and denaturation of the dumbbell structure oligonucleotide.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 증폭 반응은 중합효소 연쇄반응에 따라 실시될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the amplification reaction can be carried out according to a polymerase chain reaction.
다양한 DNA 중합효소가 본 발명의 방법의 중합효소 연쇄반응에 사용될 수 있으며, 이는 E. coli DNA 중합효소 I의 "클레나우" 단편, 열안정성 DNA 중합효소 및 박테리오파아지 T7 DNA 중합효소를 포함한다. 바람직하게는, 중합효소는 다양한 박테리아 종으로부터 얻을 수 있는 열안정성 DNA 중합효소이고, 이는 Thermus aquaticus(Taq), Thermus thermophilus(Tth), Thermus filiformis, Thermis flavus, Thermococcus literalis, 및 Pyrococcus furiosus(Pfu)를 포함한다. 중합 반응을 실시할 때, 반응 용기에 반응에 필요한 성분들을 과량으로 제공하는 것이 바람직하다. 증폭 반응에 필요한 성분들의 과량은, 증폭 반응이 성분의 농도에 실질적으로 제한되지 않는 정도의 양을 의미한다. Mg2+와 같은 조인자, dATP, dCTP, dGTP 및 dTTP를 소망하는 증폭 정도가 달성될 수 있을 정도로 반응 혼합물에 제공하는 것이 소망된다.A variety of DNA polymerases can be used in the polymerase chain reaction of the methods of the present invention, including the "Clenow" fragment of E. coli DNA polymerase I, the thermostable DNA polymerase and the bacteriophage T7 DNA polymerase. Preferably, the polymerase is a thermostable DNA polymerase obtainable from a variety of bacterial species, including Thermus aquaticus (Taq), Thermus thermophilus (Tth), Thermus filiformis, Thermis flavus, Thermococcus literalis, and Pyrococcus furiosus (Pfu) . When performing the polymerization reaction, it is preferable to provide the reaction vessel with an excessive amount of the components necessary for the reaction. The excess amount of the components required for the amplification reaction means an amount such that the amplification reaction is not substantially restricted to the concentration of the component. It is desirable to provide the reaction mixture with a joinder such as Mg2 +, dATP, dCTP, dGTP and dTTP to such an extent that the desired degree of amplification can be achieved.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 단계 (a)의 1차 증폭은 증폭 산물 간의 심각한 경쟁이 일어나기 전의 시점까지 증폭시킬 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the primary amplification of step (a) can be amplified to a point before the severe competition between the amplification products occurs.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 단계 (b)에서 사용된 형광발생 리포터가 SYBR Green, SYTO 9, EvaGreen 또는 LCGreen일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the fluorescence generated reporter used in step (b) may be SYBR Green, SYTO 9, EvaGreen or LCGreen.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 단계 (b)에서 사용된 프라이머는 통상적인 프라이머(conventional primer)이거나, 상이한 덤벨 구조 올리고뉴클레오티드일 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 단계 (b)에 사용된 프라이머는 상기 단계 (a)에서 사용된 올리고뉴클레오타이드와 동일한 덤벨 구조 올리고뉴클레오티드일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the primer used in step (b) may be a conventional primer (conventional primer) or a different dumbbell structure oligonucleotide. According to one embodiment of the present invention, the primer used in step (b) may be the same dumbbell structure oligonucleotide as the oligonucleotide used in step (a) above.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 단계 (a) 및 (b)에 사용된 덤벨 구조 올리고뉴클레오티드가 서로 동일하고, 상기 단계 (b)에서 높은 특이도를 가진 프라이머를 선호하는 쪽으로 올리고뉴클레오티드 프라이밍(oligonucleotide priming)이 실질적으로 편향되도록 할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the dumbbell structure oligonucleotides used in steps (a) and (b) are identical to each other, and in step (b), primers having high specificity are preferentially oligonucleotide priming oligonucleotide priming may be substantially biased.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 단계 (a) 및 (b)에서 사용된 올리고뉴클레오티드 중 적어도 하나가 UTP 뉴클레오티드를 포함함으로써 UNG 효소에 의해 분해될 수 있다. According to one embodiment of the present invention, at least one of the oligonucleotides used in steps (a) and (b) may be degraded by the UNG enzyme by including a UTP nucleotide.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 단계 (a)에서 사용된 올리고뉴클레오티드 중 적어도 하나가 UTP 뉴클레오티드를 포함하고, 상기 단계 (a) 이후 UNG 효소에 의해 상기 올리고뉴클레오티드를 제거하여 상기 프라이머에 의한 2차 증폭에서의 오염을 실질적으로 방지할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, at least one of the oligonucleotides used in the step (a) comprises a UTP nucleotide, and the oligonucleotide is removed by the UNG enzyme after the step (a) So that contamination in the differential amplification can be substantially prevented.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 단계 (a)는 1 내지 25 사이클 범위에서 수행될 수 있다. 본 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 단계 (a)는 5 내지 20 사이클 범위에서 수행될 수 있다. 본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 단계 (a)는 10 내지 15 사이클 범위에서 수행될 수 있다. 하지만, 상기 사이클 범위는 당업자에 의해 자유롭게 변형될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the step (a) may be carried out in a range of 1 to 25 cycles. According to another embodiment of the present invention, the step (a) may be carried out in a range of 5 to 20 cycles. According to another embodiment of the present invention, the step (a) may be carried out in a range of 10 to 15 cycles. However, the cycle range can be freely modified by those skilled in the art.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 단계 (b)에서의 시그널 검출은 형광 리포터로부터 생성된 형광 시그널을 매 사이클마다 측정하여, 이를 증폭 곡선을 플롯팅(plotting)함으로써 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 증폭 곡선에 미리 정해진 역치(threshold)를 적용함으로써 타겟 핵산 서열이 존재하는지 또는 부재하는지 확인할 수 있다. 또한, 상기 증폭 곡선은 타겟 핵산 서열을 정량 분석하는데 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 증폭 곡선에서 Ct(Cycle threshold) 값을 측정함으로써 샘플 내에 존재하는 타겟 핵산 서열의 양을 확인할 수 있다. 이러한 타겟 핵산 서열의 정성 및 정량 분석은 당업계에 알려져 있다. According to an embodiment of the present invention, the signal detection in the step (b) may be performed by measuring the fluorescence signal generated from the fluorescent reporter every cycle and plotting the amplification curve on a cycle-by-cycle basis. For example, by applying a predetermined threshold to the amplification curve, it is possible to confirm whether or not the target nucleic acid sequence is present or absent. In addition, the amplification curve can be used to quantitate the target nucleic acid sequence. For example, the amount of the target nucleic acid sequence present in the sample can be confirmed by measuring the Ct (Cycle Threshold) value in the amplification curve. Qualitative and quantitative analysis of such a target nucleic acid sequence is known in the art.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 단계 (b)의 시그널 검출은 융해 곡선 분석(melt curve analysis)에 의해 수행될 수 있다. 상기 융해 곡선 분석은 당업계에서 널리 알려져 있다. 예를 들면, 단계 (b)를 완료한 후, 최종 산물을 일정한 온도 간격으로 온도를 증가시키면서 형광을 측정함으로써 용융 곡선을 플롯팅할 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 융해 곡선이 0.05℃ 내지 0.02℃ 범위의 해상도로 생성될 수 있다. 본 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 융해 곡선이 0.02℃ 미만의 해상도로 생성될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the signal detection of step (b) may be performed by melt curve analysis. The melting curve analysis is well known in the art. For example, after completing step (b), the melting curve can be plotted by measuring the fluorescence while increasing the temperature at a constant temperature interval. According to one embodiment of the present invention, the melting curve can be generated with a resolution ranging from 0.05 ° C to 0.02 ° C. According to another embodiment of the present invention, the melting curve can be generated with a resolution of less than 0.02 캜.
기존의 실시간 PCR 방식은 증폭과 검출을 동시해야 하기 때문에, 고속 처리에 한계가 있다. 예를 들면, 기존의 실시간 PCR은 증폭과 검출을 동시에 수행하기 때문에 검출에 소요되는 시간이 약 2시간 걸리는 반면, 본 발명은 증폭과 검출을 분리해서 수행할 수 있기 때문에 검출만 하는데 실시간 PCR 장비를 이용해서 30분 안에 결과를 얻을 수 있다. In the conventional real-time PCR method, amplification and detection must be performed at the same time. For example, since the conventional real-time PCR performs amplification and detection at the same time, the time required for detection takes about 2 hours. However, since the present invention can perform amplification and detection separately, You can get results within 30 minutes by using.
또한, 본 발명은 덤벨 구조 올리고뉴클레오티드를 사용함으로써 형광 이중-표지된 프로브의 사용량을 감소시켜 분석 비용을 크게 줄일 수 있고, 또한 이용되는 시료의 양과 분석 시간도 줄일 수 있고, 검출 민감도를 크게 개선할 수 있다.Further, the present invention can reduce the amount of fluorescent double-labeled probe used by using the dumbbell structure oligonucleotide, thereby greatly reducing the analysis cost, reducing the amount of sample to be used and the analysis time, and greatly improving the detection sensitivity .
나아가, 본 발명의 다중 증폭 이중 시그널 증폭(MANSA) 기술은 반응시간이 짧고 실시간으로 반응 산물을 모니터링 할 수 있기 때문에 검사실에서의 업무량이 적게 소요되며, 다중 중합효소 연쇄반응은 동시에 다수의 유전자 변이 유무를 확인할 수 있고 이를 시료로 이용할 경우 종래의 실시간 중합효소 연쇄반응을 수행하는데 있어 미량시료의 경우 위음성으로 인해 발생할 수 있는 오류를 배제할 수 있다.In addition, since the multi-amplification double signal amplification (MANSA) technique of the present invention can shorten the reaction time and monitor the reaction products in real time, the workload in the laboratory can be reduced and the multiple polymerase chain reaction can simultaneously detect And can be used as a sample to exclude errors that may occur due to false negativity in the case of a minute sample in performing a conventional real-time PCR reaction.
본 발명은 뉴클레오타이드 서열 내의 다양한 뉴클레오타이드 변이 또는 SNP(single nucleotide polymorphism)를 동시에 검출하는 방법을 제공한다. 특히, 본 발명은 뉴클레오타이드 서열 내의 동일한 염기 또는 동일한 코돈에서의 변이들을 동시에 검출할 수 있는 방법을 제공한다.The present invention provides a method for simultaneously detecting various nucleotide variations or SNPs (nucleotide polymorphisms) in a nucleotide sequence. In particular, the present invention provides a method capable of simultaneously detecting mutations at the same base or the same codon in the nucleotide sequence.
현재까지, 간단한 증폭 반응(예컨대, PCR)만으로, 2종 이상의 뉴클레오타이드 변이, 특히, 동일한 염기 또는 동일한 코돈에서의 2종 이상의 변이들을 동시에 검출할 수 있는 방법은 실제적으로 개발되지 않았다. 본 발명은 이러한 동시 변이 검출을 간단한 증폭 반응만으로 확인할 수 있는 실제적인 방법을 제공한다.Until now, a method capable of simultaneously detecting two or more nucleotide mutations, particularly, two or more mutations in the same base or the same codon, by a simple amplification reaction (for example, PCR) has not been practically developed. The present invention provides a practical method for identifying such simultaneous mutation detection with a simple amplification reaction.
본 발명에 이용되는 덤벨 구조 올리고뉴클레오티드는 분할 부위에 의해 분리된 5'-저 Tm 특이성 부위(5'-low Tm specificity portion)와 3'-고 Tm 특이성 부위(3'-high Tm specificity portion)에 의해 유형 특이적으로 혼성화가 결정되기 때문에 크게 향상된 혼성화 특이성을 나타낼 수 있다.The dumbbell structure oligonucleotide used in the present invention has a 5'-low Tm specificity portion and a 3'-high Tm specificity portion separated by a cleavage site Lt; RTI ID = 0.0 > type-specific < / RTI > hybridization.
본 발명의 덤벨 구조 올리고뉴클레오티드의 3'-고 Tm 특이성 부위는, 뉴클레오타이드 변이에 해당하는(corresponding) 또는 상보적인 (complementary) 뉴클레오타이드를 포함한다. 본 발명의 올리고뉴클레오티드가 타겟 뉴클레오타이드 서열의 센스 가닥과 혼성화 되는 경우에는, 3'-고 Tm 특이성 부위는 뉴클레오타이드 변이에 상보적인 뉴클레오타이드를 포함하며, 안티센스 가닥과 혼성화 되는 경우에는, 뉴클레오타이드 변이에 해당하는 뉴클레오타이드를 포함한다.The 3'-high Tm specificity region of the dumbbell structure oligonucleotides of the present invention includes corresponding or complementary nucleotides corresponding to nucleotide variations. When the oligonucleotide of the present invention is hybridized with the sense strand of the target nucleotide sequence, the 3'-high Tm specificity region includes a nucleotide complementary to the nucleotide mutation. When the oligonucleotide is hybridized with the antisense strand, the nucleotide corresponding to the nucleotide mutation .
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 뉴클레오타이드 변이에 해당하는 또는 상보적인 뉴클레오타이드는 3'-고 Tm 특이성 부위의 3'-말단 또는 3'-말단으로부터 1 내지 2 염기 이격된 자리에 위치하며, 보다 바람직하게는 3'-고 Tm 특이성 부위의 3'-말단으로부터 1 내지 2 염기 이격된 자리에 위치한다. 가장 바람직하게는 뉴클레오타이드 변이에 해당하는 또는 상보적인 뉴클레오타이드는 3'-고 Tm 특이성 부위의 가운데(center) 또는 그 근처(around the center)에 위치한다. 예컨대, 3'-고 Tm 특이성 부위가 3'-말단으로부터 1내지 2 염기 이격된 경우, 뉴클레오타이드 변이에 해당하는 또는 상보적인 뉴클레오타이드는 3'-고 Tm 특이성 부위의 5'-말단 또한 1 내지 2 염기 이격된 자리에 위치한다.According to a preferred embodiment of the present invention, the nucleotide corresponding to the nucleotide mutation or complementary nucleotide is located at a position separated by 1 to 2 bases from the 3'-terminal or 3'-terminal of the 3'-high Tm specificity region, Preferably, it is located at a site spaced 1-2 bases from the 3'-end of the 3'-high Tm specificity region. Most preferably, a nucleotide corresponding to or complementary to a nucleotide variation is located at the center or around the center of the 3'- and Tm-specific region. For example, when the 3'-high Tm specificity site is separated by 1 to 2 bases from the 3'-terminal, the nucleotide corresponding to the nucleotide mutation or complementary nucleotide is 3'- and the 5'- It is located in a separated place.
상기 올리고뉴클레오티드의 3'-고 Tm 특이성 부위에서, 뉴클레오타이드 변이에 해당하는 뉴클레오타이드가 3'-고 Tm 특이성 부위의 3'-말단으로부터 1 내지 2 염기 이격된 자리에 위치하며 더불어 상보적인 뉴클레오타이드가 3'-고 Tm 특이성 부위의 5'-말단 또한 1 내지 2 염기 이격된 자리에 위치하면, 다음과 같은 유리한 효과가 발생된다.In the 3'-high Tm specificity region of the oligonucleotide, the nucleotide corresponding to the nucleotide mutation is located at a position separated by 1 to 2 bases from the 3'-end of the 3'- and Tm-specific region, and the complementary nucleotide is 3 ' - When the 5'-terminal of the high Tm specificity site is also located at a position separated by 1-2 bases, the following advantageous effect is produced.
예를 들어, 일반적인 프라이머를 이용하여, SNP를 검출할 때에는 변이 발생 부위를 3'-말단에 위치하게 되는데, 이 경우 3'-말단의 염기가 타겟 서열에 어닐링 될 때와 되지 않을 때(즉, 미스매칭이 될 때) Tm 값이 크게 차이가 나지 않는다. 따라서 미스매칭될 때에도 어닐링 되어 증폭 반응이 일어나 위양성 결과가 나오는 경향이 크다. 반대로, 변이 발생 부위를 가운데에 치우쳐서 위치시키면, 변이 발생 부위가 타겟 서열에 어닐링 될 때와 되지 않을 때(즉, 미스매칭이 될 때) Tm 값이 어느 정도 크게 차이가 나지만, 대부분의 열안정성 중합효소는 미스매칭 되는 부분에서도 중합반응을 촉매하여 위양성 결과를 초래한다.For example, when a SNP is detected using a common primer, the mutation site is located at the 3'-terminal. In this case, when the base at the 3'-terminal is not annealed to the target sequence (that is, The Tm value is not significantly different. Therefore, even when mismatching occurs, there is a tendency that an amplification reaction occurs due to annealing, resulting in a false positive result. On the other hand, when the mutation site is located at a center, the Tm values are largely different from each other when the mutation site is annealed to the target sequence (that is, when mismatching) Enzymes also catalyze polymerization reactions at mismatched sites, resulting in false positive results.
본 발명에 따르는 경우에는, 상술한 종래 기술의 문제점을 완벽하게 극복할 수 있다. 예컨대, 뉴클레오타이드 변이에 해당하는 또는 상보적인 뉴클레오타이드가 3'-고 Tm 특이성 부위의 가운데에 치우쳐서 위치하는 경우, 만일이 위치에서 미스매칭이 발생되면, 3'-고 Tm 특이성 부위만으로 볼 때에는 구조의 중앙에서 미스매칭이 발생된 것이기 때문에, 3'-고 Tm 특이성 부위의 Tm 값이 매칭될 때와 비교하여 크게 감소하게 되며, 프라이머 전체 구조로 볼 때에는 5'-말단과 3'-말단에서 동시에 미스매칭이기 때문에, 열안정성 중합효소는 중합반응을 촉매하지 않는다. 따라서, 미스매칭되는 경우, 위양성 결과가 발생되지 않는다.According to the present invention, the above-described problems of the conventional art can be completely overcome. For example, if a nucleotide corresponding to a nucleotide mutation or a complementary nucleotide is located at the center of the 3'- and Tm-specific region, if mismatching occurs at this position, the 3'- and Tm- , The Tm value of the 3'-high Tm specificity region is greatly reduced as compared with the case where the Tm value of the 3'-high Tm specificity region is matched. In the entire primer structure, mismatching at the 5'- , The thermostable polymerase does not catalyze the polymerization reaction. Thus, when mismatching, false positive results are not generated.
본 발명의 다른 실시양태에 따르면, 본 발명은 덤벨 구조 올리고뉴클레오티드를 포함하는 프라이머 쌍을 이용하여 타겟 핵산 서열을 검출하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 하기 단계를 포함한다. According to another embodiment of the present invention, the present invention provides a method for detecting a target nucleic acid sequence using a primer pair comprising a dumbbell structure oligonucleotide. The method comprises the following steps.
(a) 적어도 하나의 하기 일반식으로 표시되는 덤벨 구조 올리고뉴클레오티드를 포함하는 프라이머 쌍을 이용하여 타겟 핵산 서열을 1차 증폭시키는 단계로서, 상기 1차 증폭은 프라이머 혼성화, 프라이머 연장 및 변성 과정의 적어도 두 사이클을 포함하며: (a) first amplifying a target nucleic acid sequence using a primer pair comprising at least one dumbbell structure oligonucleotide represented by at least one of the following general formulas, wherein said first amplification comprises at least one of primer hybridization, primer extension and denaturation Including two cycles:
일반식 : 5'-A-B-C-3'General formula: 5'-A-B-C-3 '
상기 식에서, 상기 A는 혼성화되는 상기 타겟 핵산 서열의 한 위치에 대하여 실질적으로 상보적인 뉴클레오타이드 서열을 가지는 5'-저 Tm 특이성 부위로서, 상기 C의 한 위치에 대하여 실질적으로 상보적인 뉴클레오타이드 서열을 포함하고, 상기 B는 최소 세 개 이상의 유니버설 염기를 포함하는 분할 부위이며, 상기 C는 혼성화되는 상기 타겟 핵산 서열의 한 위치에 대하여 실질적으로 상보적인 뉴클레오타이드 서열을 가지는 3'-고 Tm 특이성 부위로서, 상기 A의 한 위치에 대하여 실질적으로 상보적인 뉴클레오타이드 서열을 포함하고, 상기 A의 Tm은 상기 C의 Tm보다 낮고, 상기 분할 부위는 3개의 부위 중에서 가장 낮은 Tm을 가지며, 상기 분할 부위는 상기 A와 C가 상기 타겟 핵산 서열에 혼성화되는 조건 하에서 비염기쌍 구조를 형성하고, 상기 혼성화는 C 단독에 의한 혼성화가 발생되지 않는 조건 하에서 실시되며, 그리고Wherein A is a 5'-low Tm specific region having a nucleotide sequence that is substantially complementary to a position of the target nucleic acid sequence to be hybridized, the nucleotide sequence comprising a nucleotide sequence substantially complementary to one position of C , B is a cleavage site containing at least three universal bases, and C is a 3'-high Tm specific region having a nucleotide sequence that is substantially complementary to a position of the target nucleic acid sequence to be hybridized, wherein A Wherein the Tm of the A is lower than the Tm of the C and the segment has the lowest Tm among the three segments and the segments A and C comprise a complementary nucleotide sequence Forming a non-base pair structure under conditions that hybridize to the target nucleic acid sequence, Is carried out under conditions that do not cause hybridization by itself, and
(b) 상기 1차 증폭 산물을 프라이머 쌍 및 형광발생 리포터(fluorogenic reporter)를 이용한 2차 증폭 반응에 의해 증폭시키고, 형광발생 리포터로부터의 시그널을 검출하는 단계로서, 상기 시그널의 검출은 타겟 핵산 서열의 존재를 나타낸다. (b) amplifying the primary amplification product by a secondary amplification reaction using a primer pair and a fluorogenic reporter, and detecting a signal from the fluorescence generation reporter, wherein the detection of the signal comprises the step of amplifying the target nucleic acid sequence .
본 발명의 방법은 다중 타겟 핵산 서열의 검출에 적용될 수 있다. The method of the present invention can be applied to the detection of multiple target nucleic acid sequences.
본 발명의 또 다른 실시양태에 따르면, 본 발명은 덤벨 구조 올리고뉴클레오티드를 포함하는 2개 이상의 프라이머 쌍을 이용하여 타겟 핵산 서열을 검출하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 하기 단계를 포함한다. According to another embodiment of the present invention, the present invention provides a method for detecting a target nucleic acid sequence using two or more primer pairs comprising a dumbbell structure oligonucleotide. The method comprises the following steps.
(a) 적어도 하나의 하기 일반식으로 표시되는 덤벨 구조 올리고뉴클레오티드를 포함하는 2개 이상의 프라이머 쌍을 이용하여 2개 이상의 타겟 핵산 서열을 1차 증폭시키는 단계로서, 상기 1차 증폭은 프라이머 혼성화, 프라이머 연장 및 변성 과정의 적어도 두 사이클을 포함하며: (a) firstly amplifying two or more target nucleic acid sequences using two or more primer pairs comprising at least one dumbbell structure oligonucleotide represented by at least one of the following general formulas, wherein the first amplification comprises primer hybridization, And at least two cycles of elongation and denaturation:
일반식 : 5'-A-B-C-3'General formula: 5'-A-B-C-3 '
상기 식에서, 상기 A는 혼성화되는 상기 타겟 핵산 서열의 한 위치에 대하여 실질적으로 상보적인 뉴클레오타이드 서열을 가지는 5'-저 Tm 특이성 부위로서, 상기 C의 한 위치에 대하여 실질적으로 상보적인 뉴클레오타이드 서열을 포함하고, 상기 B는 최소 세 개 이상의 유니버설 염기를 포함하는 분할 부위이며, 상기 C는 혼성화되는 상기 타겟 핵산 서열의 한 위치에 대하여 실질적으로 상보적인 뉴클레오타이드 서열을 가지는 3'-고 Tm 특이성 부위로서, 상기 A의 한 위치에 대하여 실질적으로 상보적인 뉴클레오타이드 서열을 포함하고, 상기 A의 Tm은 상기 C의 Tm보다 낮고, 상기 분할 부위는 3개의 부위 중에서 가장 낮은 Tm을 가지며, 상기 분할 부위는 상기 A와 C가 상기 타겟 핵산 서열에 혼성화되는 조건 하에서 비염기쌍 구조를 형성하고, 상기 혼성화는 C 단독에 의한 혼성화가 발생되지 않는 조건 하에서 실시되며, 그리고Wherein A is a 5'-low Tm specific region having a nucleotide sequence that is substantially complementary to a position of the target nucleic acid sequence to be hybridized, the nucleotide sequence comprising a nucleotide sequence substantially complementary to one position of C , B is a cleavage site containing at least three universal bases, and C is a 3'-high Tm specific region having a nucleotide sequence that is substantially complementary to a position of the target nucleic acid sequence to be hybridized, wherein A Wherein the Tm of the A is lower than the Tm of the C and the segment has the lowest Tm among the three segments and the segments A and C comprise a complementary nucleotide sequence Forming a non-base pair structure under conditions that hybridize to the target nucleic acid sequence, Is carried out under conditions that do not cause hybridization by itself, and
(b) 상기 1차 증폭 산물을 2개 이상의 프라이머 쌍 및 형광발생 리포터(fluorogenic reporter)를 이용한 2차 증폭 반응에 의해 증폭시키고, 형광발생 리포터로부터의 시그널을 검출하는 단계로서, 상기 시그널의 검출은 타겟 핵산 서열의 존재를 나타낸다. (b) amplifying the primary amplification product by a second amplification reaction using two or more primer pairs and a fluorogenic reporter, and detecting a signal from the fluorescence generation reporter, wherein the detection of the signal Indicates the presence of the target nucleic acid sequence.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 단계 (a) 및 (b)에서 사용된 올리고뉴클레오티드는 5개 이상의 타겟 핵산 서열을 증폭시키기 위한 올리고뉴클레오티드, 예를 들어 5개의 프라이머 쌍(정방향 및 역방향) 및/또는 프로브일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the oligonucleotides used in the above steps (a) and (b) include oligonucleotides for amplifying five or more target nucleic acid sequences, for example, five primer pairs (forward and reverse) and / ≪ / RTI > probe.
전술한 2개의 실시양태는 사용된 올리고뉴클레오티드 및 타겟 핵산 서열의 개수가 상이할 뿐, 그 전체적인 구성은 앞에서 설명한 일 실시양태와 유사하므로, 구체적인 설명은 생략한다. The two embodiments described above differ only in the number of the oligonucleotide and the target nucleic acid sequence used, and the overall structure thereof is similar to the embodiment described above, so a detailed description is omitted.
본 발명의 특징을 요약하면 다음과 같다:The features of the present invention are summarized as follows:
첫째, 본 발명은 기존의 실시간 PCR 방식과는 달리, 증폭 산물을 이용하여 타겟 핵산의 시그널을 검출하는 방법으로, 기존의 방식보다는 수십 혹은 수백 배 이하의 Taq을 사용해도 효과적인 타겟 핵산 검출이 가능하다. 따라서 기존 실시간 PCR 제품 대비 저렴한 제품을 공급할 수 있다. First, unlike the existing real-time PCR method, the present invention is a method of detecting a signal of a target nucleic acid by using an amplification product, and it is possible to effectively detect a target nucleic acid even when using Taq of several tens or hundreds of times less than the conventional method . Therefore, it can provide cheaper products than existing real-time PCR products.
둘째, 기존의 검사 방법에서는 바이러스 혹은 박테리아와 같은 병원체 감염 여부를 검사하기 위해서는 각각의 검사에 따른 시료가 별도로 요구된다. 즉, 바이러스 감염 검사를 위한 시료, 박테리아 감염 여부를 검사하기 위한 시료 및 곰팡이 감염 검사를 위한 시료가 각각 필요하다. 이와 반대로 본 발명에서는 하나의 반응 튜브에서 10여종 이상의 바이러스, 박테리아 및 곰팡이와 같은 병원체의 타겟 핵산 서열을 동시에 증폭한 후, 이 증폭 산물을 이용하여 바이러스, 박테리아, 곰팡이 각각 검사 혹은 바이러스/박테리아, 바이러스/박테리아/곰팡이 등의 다양한 조합에 의하여 타겟 핵산 서열 검출이 가능하다. 즉, 한 번의 시료 채취 및 소량의 시료를 이용하여 여러 가지 검사가 가능하다.Second, in order to test whether a virus or a pathogen such as a bacterium is infected, a sample according to each test is separately required. That is, a sample for the virus infection test, a sample for the bacterial infection test, and a sample for the fungal infection test are respectively required. In contrast, the present invention simultaneously amplifies a target nucleic acid sequence of a pathogen such as viruses, bacteria and fungi in a single reaction tube, and then uses the amplified product to detect viruses, bacteria, fungi, viruses / bacteria, viruses / Bacteria / fungi, and the like. That is, various tests can be performed using one sample and a small amount of sample.
셋째, 종래의 실시간 PCR의 경우에는 소량의 타겟 핵산 서열을 이용하여 증폭과 동시에 검출하는 방법으로서 초기 타겟 핵산 서열의 농도에 의존적이다. 이와 반면에 본 발명은 1차 증폭된 산물을 이용하여, 제2차 검출과정에서 타겟 핵산에 대한 시그널을 증폭하는 과정이 추가됨으로써 기존 방법 보다 뛰어난 민감도를 갖는다. 즉, 본 발명에 따르면 nested PCR과 유사한 민감도 개선 효과를 달성할 수 있다.Third, in the case of conventional real-time PCR, it is dependent on the concentration of the initial target nucleic acid sequence as a method of detecting simultaneously with amplification using a small amount of target nucleic acid sequence. On the other hand, the present invention has a sensitivity higher than that of the conventional method by adding a process of amplifying a signal for a target nucleic acid in a second detection process using a first amplified product. That is, according to the present invention, a sensitivity improving effect similar to nested PCR can be achieved.
넷째, 본 발명에서는 하나의 반응 튜브에서 다종의 바이러스, 박테리아 및 곰팡이와 같은 병원체의 타겟 핵산 서열을 동시에 증폭한 후, 이 증폭된 산물을 이용하여 1차적으로 스크리닝(분류) 검사를 수행하고, 동일한 증폭된 산물을 이용하여 감염 양성으로 확인된 병원체를 2차적으로 동정감별(개별구별) 검사를 수행 할 수 있다. 즉, 제 1차 검사에서 바이러스, 박테리아 혹은 곰팡이의 감염 여부를 검사하는 스크리닝 검사를 수행하고, 만약 바이러스에 감염 양성 판정이 나오면 어떠한 바이러스가 감염되었는지 추가적인 증폭 반응 없이 간단하고 빠르게 동정 할 수 있다. 이와 반면에 기존의 방법에서는 스크리닝하여 바이러스 양성 결과를 얻었더라도, 별도로 바이러스 핵산 서열을 증폭하는 과정을 반복하여야 한다. 이에 한 번의 증폭과정을 통하여, 이 증폭된 산물을 이용하여 다양한 검사가 가능함으로 별도의 증폭에 필요한 검사 시간 및 비용이 불필요하다.Fourthly, in the present invention, a target nucleic acid sequence of a plurality of viruses, bacteria, and molds is simultaneously amplified in one reaction tube, and screening (classification) tests are performed using the amplified products, The amplified product can be used to perform a secondary identification of the pathogen identified as positive for infection (individual discrimination). That is, a screening test to check whether a virus, a bacterium or a fungus is infected is carried out in the first inspection, and if a virus is judged to be positive, it can be easily and quickly identified without any additional amplification reaction. On the other hand, in the conventional method, although screening is performed to obtain virus positive results, amplification of the viral nucleic acid sequence must be repeated. Therefore, it is possible to perform various tests using the amplified product through one amplification process, so that the inspection time and cost necessary for separate amplification are unnecessary.
다섯째, 본 발명에서는 타겟 핵산 서열의 증폭 반응은 일반적인 증폭장비를 이용하여 수행되며, 검출과정은 실시간 검출장비를 통하여 30분 안에 이루어진다. 따라서 일반적인 증폭장비를 이용하여 증폭된 산물들이 준비가 되면, 30분마다 96개(실시간 검출 장비가 96-웰인 경우)의 시료를 검사 할 수 있다. 이와 반면에 기존의 실시간 PCR 방법은 96개 시료 검출마다 최소 2시간 30분이 필요하다.Fifth, in the present invention, the amplification reaction of the target nucleic acid sequence is performed using general amplification equipment, and the detection process is performed within 30 minutes through real-time detection equipment. Therefore, when amplified products are prepared by using general amplification equipment, samples of 96 samples (if the real-time detection device is 96-well) can be inspected every 30 minutes. On the other hand, the conventional real-time PCR method requires at least 2 hours and 30 minutes for every 96 samples.
이러한 이점을 안고 있는 본 발명의 다중 증폭 이중 시그널 증폭(multiple amplification nested signal amplification; MANSA) 기술을 실시예를 통하여 상세히 설명한다.The multiple amplification nested signal amplification (MANSA) technique of the present invention having this advantage will be described in detail with reference to examples.
실시예 1: 본 발명의 방법에 의한 타겟 핵산 서열의 검출Example 1: Detection of target nucleic acid sequence by the method of the present invention
타겟 핵산 서열로서 지카 바이러스의 게놈 DNA를 사용하였다. 상기 지카 바이러스 게놈 DNA를 기초로 하여, 덤벨 구조를 갖는 전방향(forward) 및 역방향(reverse) 프라이머를 디자인하였다. Genomic DNA of zikavirus was used as a target nucleic acid sequence. Based on the zikavirus genomic DNA, forward and reverse primers having a dumbbell structure were designed.
상기 본 발명에서 이용되는 덤벨 구조를 갖는 프라이머는 기본적으로 일반식 I의 구조를 갖도록 하여, 매우 높은 특이성으로 타겟 핵산 서열과 혼성화되도록 하였다. 이러한, 일반식 I의 구조를 갖는 프라이머에서 5'-저 Tm 특이성 부위 및 3‘-고 Tm 특이성 부위는 분할 부위에 의해 물리적으로 그리고 기능적으로 분할되며, 프라이머 전체 구조의 혼성화 특이성은 5'-저 Tm 특이성 부위 및 3‘-고 Tm 특이성 부위에 의해 이중적으로 조절된다. 또한, 뉴클레오타이드 변이에 해당되거나 또는 변이에 혼성화 되는 염기는 3'-고 Tm 특이성 구역의 중앙 부분에 위치하도록 하여, 미스매치에 따른 Tm 값 차이를 크게 하면서도 미스매치 시 Taq 중합효소에 의한 DNA 합성이 되지 않도록 하였다. 사용된 타겟 핵산 서열 및 프라이머 서열들은 하기 표 1에 나타내었다.The primer having the dumbbell structure used in the present invention basically has the structure of the general formula I so as to hybridize with the target nucleic acid sequence with very high specificity. In this primer having the structure of the general formula I, the 5'-low Tm specificity region and the 3'-high Tm specificity region are physically and functionally divided by the cleavage site, and the hybridization specificity of the entire primer structure is 5'- Tm specificity and 3'-high Tm specificity. In addition, the nucleotide corresponding to the nucleotide mutation or hybridized to the mutation is located at the central portion of the 3'- and Tm specific region, so that the difference in Tm value due to mismatch is increased, while DNA synthesis by Taq polymerase during mismatch Respectively. The target nucleic acid sequences and primer sequences used are shown in Table 1 below.
다양한 농도의 타겟 DNA(최종 농도 1ng, 10pg, 1pg, 100fg, 10fg, 1fg, 100ag 및 10ag)를 프라이머 5 pmole 및 Type IT HRM 마스터 믹스 10㎕을 함유한 20 ㎕의 최종 부피로 열순환기(ABI 9700, PerKinelmer)에 위치시켰다. 상기 반응 혼합물을 95℃에서 10분간 변성시키고 95℃에서 30초, 65℃에서 60초, 72℃에서 60초 과정을 15회 반복하고 최종 72℃에서 5분간 반응후 종료하였다.(Final concentrations of 1 ng, 10 pg, 1 pg, 100 fg, 10 fg, 1 fg, 100 gg and 10 gag) were mixed with 5 pmoles of primers and 20 μl final volume containing 10 μl of Type IT HRM master mix in a thermocycler , PerKinelmer). The reaction mixture was denatured at 95 ° C for 10 minutes, and the reaction was repeated 15 times at 95 ° C for 30 seconds, 65 ° C for 60 seconds, and 72 ° C for 60 seconds, followed by final reaction at 72 ° C for 5 minutes.
이후, 상기 반응 혼합물을 함유하고 있는 튜브를 실시간 열순환기(Rotogene Q, Qiagen)에 위치시켰다; 상기 반응 혼합물을 95℃에서 10분간 변성시키고 95℃에서 10초, 65℃에서 15초, 72℃에서 25초 과정을 30 회 반복하고 최종 형광 시그널의 증가를 검출하였다. 지정 시간 간격(predetermined time interval)에 의한 각 사이클에서 발생된 시그널을 검출하였다.The tube containing the reaction mixture was then placed in a real-time thermocycler (Rotogene Q, Qiagen); The reaction mixture was denatured at 95 ° C. for 10 minutes, and the procedure was repeated 30 times at 95 ° C. for 10 seconds, 65 ° C. for 15 seconds, and 72 ° C. for 25 seconds to detect an increase in final fluorescence signal. And a signal generated in each cycle by a predetermined time interval was detected.
상기 결과를 도 2에 나타내었다. The results are shown in Fig.
도 2에 나타난 바와 같이, 극미량의 주형에서 타겟 핵산 서열의 형광 시그널 증폭이 나타나지 않았다. 이러한 결과는 타겟 주형과 본 발명의 프라이머의 혼성화 또는 단일 가닥화된 본 발명의 프라이머 자체의 절단에 의해서는 시그널의 증폭이 일어나지 않는다는 것을 나타낸다. 한편, 타겟 핵산 서열의 농도별 실험에서는 1 fg까지의 타겟 핵산 서열의 형광 시그널을 확인하였다. 따라서, 타겟 핵산 서열의 증폭 없이, 본 발명의 프라이머를 이용한 변성, 혼성화, 절단 및 연장의 반복이 타겟 형광 시그널을 발생시키는 데 충분하며, 이에 의해 실시간 시그널 증폭에 의한 타겟 핵산 서열의 검출이 가능하게 된다.As shown in Fig. 2, no fluorescence signal amplification of the target nucleic acid sequence was observed in a trace amount template. These results indicate that signal amplification does not occur by hybridization of the target template with the primer of the present invention or by cleavage of the single stranded primer of the present invention. On the other hand, fluorescence signals of target nucleic acid sequences of up to 1 fg were confirmed by the concentration of the target nucleic acid sequence. Thus, without amplification of the target nucleic acid sequence, repetition of denaturation, hybridization, cleavage and extension using the primers of the present invention is sufficient to generate the target fluorescent signal, thereby enabling detection of the target nucleic acid sequence by real-time signal amplification do.
실시예 2: 본 발명의 방법의 PCR 민감도Example 2: PCR sensitivity of the method of the present invention
지카 바이러스 유전자의 타겟 핵산 서열을 검출함으로서 본 발명의 프라이머를 이용한 실시간 PCR 민감도를 확인하였다. 도 3에 나타난 바와 같이, 1 ng에서부터 시작하여 일련으로 희석시킨 지카 바이러스 지놈 DNA를 이용하여 실시간 PCR을 실시하는 경우, 10fg까지 희석시킨 경우에도 타겟 핵산 서열이 검출되었다. Real-time PCR sensitivity using the primers of the present invention was confirmed by detecting the target nucleic acid sequence of the Zicca virus gene. As shown in FIG. 3, when real-time PCR was performed using Zikavirus genomic DNA diluted serially starting from 1 ng, the target nucleic acid sequence was detected even when diluted to 10 fg.
또한, 상기 증폭 산물을 전기영동 분석을 통하여 분석한 결과를 도 4에 나타내었다. 도 4에서 보는 바와 같이, 초기 타겟 핵산 서열의 농도에 비례하는 양으로 증폭 산물이 생성되었음을 확인할 수 있었다. The results of analysis of the amplified products by electrophoresis analysis are shown in FIG. As shown in FIG. 4, it was confirmed that an amplification product was generated in an amount proportional to the concentration of the initial target nucleic acid sequence.
실시예Example 3: 본 발명의 3: 프라이머를Primer 이용한 융해온도곡선 분석 Analysis of melting temperature curve
본 발명자들은 실시간 PCR 반응 조건하에서, 변성, 혼성화, 절단 및 연장의 반복을 DNA 농도별로 적용시킨 경우, 본 발명의 프라이머가 타겟 핵산 서열을 검출하기에 충분한 시그널을 발생할 수 있는지 여부를 추가적으로 확인하였다.The present inventors further confirmed whether the primers of the present invention can generate a sufficient signal to detect a target nucleic acid sequence when repeating denaturation, hybridization, cleavage and extension under real-time PCR reaction conditions by DNA concentration.
이 평가를 실험하기 위해, 본 실시예 1에서 이용된 동일한 주형 및 프라이머를 실시간 타겟 시그널 증폭에 이용하였다. 다양한 농도의 DNA(최종 농도 1ng, 10pg, 1pg, 100fg, 10fg, 1fg, 100ag 및 10ag)를 프라이머 5 pmole, Type IT HRM 마스터 믹스 10㎕을 함유한 20 ㎕의 최종 부피로 실시간 타겟 시그널 증폭을 실시하였다; 상기 반응 혼합물을 함유하고 있는 튜브를 실시간 열순환기(Rotogene Q, Qiagen)에 위치시켰다; 이로부터 얻은 각각의 PCR 산물 1㎕를 시료로 하여 Type-it HRM PCR 키트(Qiagen Inc., Germantown, MD, USA)를 사용하여 실시간-중합효소 연쇄반응을 실시하였다. 약 10ul의 2X Type-it HRM PCR 마스터 믹스, 0.1ul의 APC 프라이머 혼합액, 9ul의 증류수를 첨가한 후 실시간 중합효소 연쇄반응을 실시하였다. 상기 Type-it HRM PCR 마스터 믹스는 형광 색소로서 EvaGreen이 들어 있다. To test this evaluation, the same template and primer used in Example 1 were used for real time target signal amplification. Real-time target signal amplification was performed with 20 μl final volume containing 5 pmoles of primers and 10 μl of Type IT HRM master mix at various concentrations of DNA (
실시간 중합효소 연쇄반응은 Rotor-gene Q(Qiagen Inc., Germantown, MD, USA)를 사용하여 95도에서 10분간 반응 후 95도에서 10초 65도에서 15초, 72도에서 20초의 반응을 30회 반복하였다. 마지막 중합효소 연쇄반응이 끝난 후 약 77에서 89도까지 초당 약 0.2도 속도로 온도를 증가시키면서 510nm의 형광파장을 측정하여 융해곡선분석을 통하여 증폭 산물의 형광 강도 변화를 관찰할 수 있었다. Real-time polymerase chain reaction was performed at 95 ° C for 10 sec, 65 ° C for 15 sec, and 72 ° C for 20 sec using a Rotor-gene Q (Qiagen Inc., Germantown, MD, USA) . After the final polymerase chain reaction, fluorescence intensity of the amplified product was observed by measuring the fluorescence wavelength at 510 nm while increasing the temperature from about 77 to 89 degrees at a rate of about 0.2 degree per second.
도 5에 나타난 바와 같이, 극미량의 주형에서 타겟 핵산 서열의 형광 시그널 증폭이 되지 않아 융해온도 곡선이 나타나지 않았다. 이러한 결과는 타겟 주형과 본 발명의 프라이머의 혼성화 또는 단일 가닥화된 본 발명의 프라이머 자체의 절단에 의해서는 시그널의 증폭이 일어나지 않는다는 것을 나타낸다. 한편, 주형 농도별에서는 1fg까지의 타겟 핵산 서열의 형광 시그널을 확인하였고 이를 토대로 융해온도 곡선을 확인할 수 있었다. 또한, 도 6에 나타난 바와 같이, 주형 농도별 융해온도곡선 분석에서도 1fg까지의 타겟 핵산 서열에서 융해온도곡선 분석이 가능하였다. As shown in Fig. 5, the fluorescence signal of the target nucleic acid sequence was not amplified in a trace amount of the template, and the melting temperature curve was not observed. These results indicate that signal amplification does not occur by hybridization of the target template with the primer of the present invention or by cleavage of the single stranded primer of the present invention. On the other hand, the fluorescence signal of the target nucleic acid sequence up to 1 fg was confirmed by the template concentration, and the melting temperature curve was confirmed based on the fluorescence signal. Also, as shown in Fig. 6, the melting temperature curve analysis by the template concentration was possible in the target nucleic acid sequence up to 1 fg.
이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현 예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed as limiting the scope of the present invention. It is therefore intended that the scope of the invention be defined by the claims appended hereto and their equivalents.
<110> DIOGENE INC. <120> Method for detection of target nucleic acid sequence by multiple amplification nested signal amplification <130> P16-1525 <160> 3 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 210 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> genomic DNA of zika virus <400> 1 gggaagttca acgagccaaa aagtcatata tctggtcatg atactgctga ttgccccggc 60 atacagcatc aggtgcatag gagtcagcaa tagggacttt gtggaaggta tgtcaggtgg 120 gacttgggtt gatgttgtct tggaacatgg aggttgtgtt accgtaatgg cacaggacaa 180 accgactgtc gacatagagc tggttacaac 210 <210> 2 <211> 29 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Synthetic Sequence <220> <221> misc_feature <222> (6)..(8) <223> n is deoxyinosine <400> 2 gcaatnnngg tcatgatact gctgattgc 29 <210> 3 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Synthetic Sequence <220> <221> misc_feature <222> (6)..(8) <223> n is deoxyinosine <400> 3 gcaatnnncc acaaagtccc tattgc 26 <110> DIOGENE INC. <120> Method for detection of target nucleic acid sequence by multiple 진화 <130> P16-1525 <160> 3 <170> KoPatentin 3.0 <210> 1 <211> 210 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> genomic DNA of zika virus <400> 1 gggaagttca acgagccaaa aagtcatata tctggtcatg atactgctga ttgccccggc 60 atacagatc aggtgcatag gagtcagcaa tagggacttt gtggaaggta tgtcaggtgg 120 gacttgggtt gatgttgtct tggaacatgg aggttgtgtt accgtaatgg cacaggacaa 180 accgactgtc gacatagagc tggttacaac 210 <210> 2 <211> 29 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Synthetic Sequence <220> <221> misc_feature <222> (6) <223> n is deoxyinosine <400> 2 gcaatnnngg tcatgatact gctgattgc 29 <210> 3 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Synthetic Sequence <220> <221> misc_feature <222> (6) <223> n is deoxyinosine <400> 3 gcaatnnncc acaaagtccc tattgc 26
Claims (32)
(a) 타겟 핵산 서열을 하기 일반식으로 표시되는 덤벨 구조 올리고뉴클레오티드를 이용하고, 50℃-65℃ 범위의 온도에서 어닐링을 수행하며, 상기 덤벨 구조 올리고뉴클레오티드를 이용한 혼성화, 연장 및 변성과정을 포함하는 주형-의존적 연장 반응의 과정을 반복하는 중합효소 연쇄반응의 1차 증폭 반응에 의해 5 내지 20 사이클 범위에서 증폭 산물 간의 심각한 경쟁이 일어나기 전의 시점까지 증폭시키는 단계:
일반식 : 5'-A-B-C-3'
상기 식에서, 상기 A는 혼성화되는 상기 타겟 핵산 서열의 한 위치에 대하여 실질적으로 상보적인 뉴클레오타이드 서열을 가지는 5'-저 Tm 특이성 부위로서, 상기 C의 한 위치에 대하여 실질적으로 상보적인 뉴클레오타이드 서열을 포함하고, 상기 B는 최소 세 개 이상의 데옥시이노신을 유니버설 염기로 포함하는 뉴클레오타이드의 연속 서열을 포함하는 분할 부위이며, 상기 C는 혼성화되는 상기 타겟 핵산 서열의 한 위치에 대하여 실질적으로 상보적인 뉴클레오타이드 서열을 가지는 3'-고 Tm 특이성 부위로서, 상기 A의 한 위치에 대하여 실질적으로 상보적인 뉴클레오타이드 서열을 포함하고, 상기 A의 Tm은 10℃-30℃으로 상기 C의 Tm인 50℃-65℃ 보다 낮고, 상기 분할 부위는 3개의 부위 중에서 가장 낮은 3℃-10℃의 Tm을 가지며, 상기 분할 부위는 상기 A와 C가 상기 타겟 핵산 서열에 혼성화되는 조건 하에서 비염기쌍 구조를 형성하고, 상기 5'-저 Tm 특이성 부위의 길이는 3'-고 Tm 특이성 부위의 길이보다 길이가 짧으며, 상기 5'-저 Tm 특이성 부위는 3 내지 5개의 뉴클레오타이드 길이, 상기 분할 부위는 3 내지 5개의 뉴클레오타이드 길이 및 상기 3'-고 Tm 특이성 부위는 18 내지 30개의 뉴클레오타이드 길이를 가지고, 상기 3'-고 Tm 특이성 부위는 혼성화되는 타겟 핵산 서열에 대하여 완벽하게 상보적인 뉴클레오타이드 서열을 가지는 것을 특징으로 하며, 상기 혼성화는 C 단독에 의한 혼성화가 발생되지 않는 조건 하에서 실시되며, 그리고
(b) 상기 1차 증폭 산물을, 상기 단계 (a)에 사용된 올리고뉴클레오타이드와 동일한 덤벨 구조 올리고뉴클레오티드를 포함하는 프라이머 및 SYBR Green, SYTO 9, EvaGreen 또는 LCGreen을 포함하는 형광발생 리포터(fluorogenic reporter)를 이용한, 2차 증폭 반응에 의해 증폭시키고, 0.05℃ 내지 0.02℃ 범위의 해상도로 생성되는 융해 곡선의 분석(melt curve analysis)에 의해 형광발생 리포터로부터의 시그널을 검출하는 단계로서, 상기 시그널의 검출은 타겟 핵산 서열의 존재를 나타낸다.
A method for detecting a target nucleic acid sequence using a dumbbell structure oligonucleotide, comprising the steps of:
(a) annealing at a temperature in the range of 50 ° C to 65 ° C using a dumbbell-structured oligonucleotide represented by the following formula and subjecting the target nucleic acid sequence to hybridization, extension and denaturation using the dumbbell-structure oligonucleotide Amplifying to a point prior to the occurrence of severe competition between amplification products in the range of 5 to 20 cycles by the first amplification reaction of the polymerase chain reaction repeating the process of the template-dependent extension reaction,
General formula: 5'-ABC-3 '
Wherein A is a 5'-low Tm specific region having a nucleotide sequence that is substantially complementary to a position of the target nucleic acid sequence to be hybridized, the nucleotide sequence comprising a nucleotide sequence substantially complementary to one position of C , B is a cleavage site containing a consecutive sequence of nucleotides containing at least three deoxyinosine as a universal base, and C is a nucleotide sequence having a nucleotide sequence substantially complementary to a position of the target nucleic acid sequence to be hybridized A 3'-high Tm specificity region comprising a nucleotide sequence substantially complementary to one position of said A, said Tm of said A being 10 ° C to 30 ° C lower than the Tm of said C of 50 ° C to 65 ° C, The division site has the lowest Tm of 3 占 폚 -10 占 폚 among the three sites, and the division sites are A and C Wherein the length of the 5'-low Tm specificity region is shorter than the length of the 3'-high Tm specificity region, and the 5'-low Tm specificity region Wherein the 3'-high Tm specificity region has a length of 3 to 5 nucleotides, the division region has 3 to 5 nucleotide lengths and the 3'-high Tm specificity region has 18 to 30 nucleotide lengths, Characterized in that the hybridization is carried out under conditions that hybridization by C alone does not occur, and
(b) contacting the primary amplification product with a primer comprising the same dumbbell structural oligonucleotide as the oligonucleotide used in step (a) above and a fluorogenic reporter comprising SYBR Green, SYTO 9, EvaGreen or LCGreen, Amplifying the amplified product by a secondary amplification reaction and detecting a signal from the fluorescence generation reporter by melt curve analysis generated at a resolution in the range of 0.05 ° C to 0.02 ° C, Indicates the presence of the target nucleic acid sequence.
(a) 적어도 하나의 하기 일반식으로 표시되는 덤벨 구조 올리고뉴클레오티드를 포함하는 프라이머 쌍을 이용하여 타겟 핵산 서열을 1차 증폭시키는 단계로서, 상기 1차 증폭은 상기 덤벨 구조 올리고뉴클레오티드를 이용한 혼성화, 연장 및 변성과정을 포함하는 주형-의존적 연장 반응의 과정을 반복하는 중합효소 연쇄반응의 1차 증폭 반응에 의해 5 내지 20 사이클 범위에서 증폭 산물 간의 심각한 경쟁이 일어나기 전의 시점까지 증폭시키며:
일반식 : 5'-A-B-C-3'
상기 식에서, 상기 A는 혼성화되는 상기 타겟 핵산 서열의 한 위치에 대하여 실질적으로 상보적인 뉴클레오타이드 서열을 가지는 5'-저 Tm 특이성 부위로서, 상기 C의 한 위치에 대하여 실질적으로 상보적인 뉴클레오타이드 서열을 포함하고, 상기 B는 최소 세 개 이상의 데옥시이노신을 유니버설 염기로 포함하는 뉴클레오타이드의 연속 서열을 포함하는 분할 부위이며, 상기 C는 혼성화되는 상기 타겟 핵산 서열의 한 위치에 대하여 실질적으로 상보적인 뉴클레오타이드 서열을 가지는 3'-고 Tm 특이성 부위로서, 상기 A의 한 위치에 대하여 실질적으로 상보적인 뉴클레오타이드 서열을 포함하고, 상기 A의 Tm은 10℃-30℃으로 상기 C의 Tm인 50℃-65℃ 보다 낮고, 상기 분할 부위는 3개의 부위 중에서 가장 낮은 3℃-10℃의 Tm을 가지며, 상기 분할 부위는 상기 A와 C가 상기 타겟 핵산 서열에 혼성화되는 조건 하에서 비염기쌍 구조를 형성하고, 상기 5'-저 Tm 특이성 부위의 길이는 3'-고 Tm 특이성 부위의 길이보다 길이가 짧으며, 상기 5'-저 Tm 특이성 부위는 3 내지 5개의 뉴클레오타이드 길이, 상기 분할 부위는 3 내지 5개의 뉴클레오타이드 길이 및 상기 3'-고 Tm 특이성 부위는 18 내지 30개의 뉴클레오타이드 길이를 가지고, 상기 3'-고 Tm 특이성 부위는 혼성화되는 타겟 핵산 서열에 대하여 완벽하게 상보적인 뉴클레오타이드 서열을 가지는 것을 특징으로 하며, 상기 혼성화는 C 단독에 의한 혼성화가 발생되지 않는 조건 하에서 실시되며, 그리고
(b) 상기 1차 증폭 산물을, 상기 단계 (a)에 사용된 올리고뉴클레오타이드와 동일한 덤벨 구조 올리고뉴클레오티드를 포함하는 프라이머 쌍 및 SYBR Green, SYTO 9, EvaGreen 또는 LCGreen을 포함하는 형광발생 리포터(fluorogenic reporter)를 이용한, 2차 증폭 반응에 의해 증폭시키고, 0.05℃ 내지 0.02℃ 범위의 해상도로 생성되는 융해 곡선의 분석(melt curve analysis)에 의해 형광발생 리포터로부터의 시그널을 검출하는 단계로서, 상기 시그널의 검출은 타겟 핵산 서열의 존재를 나타낸다.
A method for detecting a target nucleic acid sequence using a dumbbell structure oligonucleotide, comprising the steps of:
(a) first amplifying a target nucleic acid sequence using a primer pair comprising at least one dumbbell structure oligonucleotide represented by at least one of the following general formulas, wherein the first amplification comprises hybridization with the dumbbell structure oligonucleotide, extension And amplification to a point prior to the occurrence of severe competition between the amplification products in the range of 5 to 20 cycles by the first amplification reaction of the polymerase chain reaction repeating the process of the template-dependent extension reaction including the denaturation step:
General formula: 5'-ABC-3 '
Wherein A is a 5'-low Tm specific region having a nucleotide sequence that is substantially complementary to a position of the target nucleic acid sequence to be hybridized, the nucleotide sequence comprising a nucleotide sequence substantially complementary to one position of C , B is a cleavage site containing a consecutive sequence of nucleotides containing at least three deoxyinosine as a universal base, and C is a nucleotide sequence having a nucleotide sequence substantially complementary to a position of the target nucleic acid sequence to be hybridized A 3'-high Tm specificity region comprising a nucleotide sequence substantially complementary to one position of said A, said Tm of said A being 10 ° C to 30 ° C lower than the Tm of said C of 50 ° C to 65 ° C, The division site has the lowest Tm of 3 占 폚 -10 占 폚 among the three sites, and the division sites are A and C Wherein the length of the 5'-low Tm specificity region is shorter than the length of the 3'-high Tm specificity region, and the 5'-low Tm specificity region Wherein the 3'-high Tm specificity region has a length of 3 to 5 nucleotides, the division region has 3 to 5 nucleotide lengths and the 3'-high Tm specificity region has 18 to 30 nucleotide lengths, Characterized in that the hybridization is carried out under conditions that hybridization by C alone does not occur, and
(b) contacting said primary amplification product with a primer pair comprising the same dumbbell structural oligonucleotide as the oligonucleotide used in step (a) above and a fluorogenic reporter comprising SYBR Green, SYTO 9, EvaGreen or LCGreen ) Amplified by a second amplification reaction and detecting a signal from the fluorescence generating reporter by melt curve analysis generated at a resolution in the range of 0.05 to 0.02 ° C, The detection indicates the presence of the target nucleic acid sequence.
(a) 적어도 하나의 하기 일반식으로 표시되는 덤벨 구조 올리고뉴클레오티드를 포함하는 2개 이상의 프라이머 쌍을 이용하여 2개 이상의 타겟 핵산 서열을 1차 증폭시키는 단계로서, 상기 1차 증폭은 상기 덤벨 구조 올리고뉴클레오티드를 이용한 혼성화, 연장 및 변성과정을 포함하는 주형-의존적 연장 반응의 과정을 반복하는 중합효소 연쇄반응의 1차 증폭 반응에 의해 5 내지 20 사이클 범위에서 증폭 산물 간의 심각한 경쟁이 일어나기 전의 시점까지 증폭시키며:
일반식 : 5'-A-B-C-3'
상기 식에서, 상기 A는 혼성화되는 상기 타겟 핵산 서열의 한 위치에 대하여 실질적으로 상보적인 뉴클레오타이드 서열을 가지는 5'-저 Tm 특이성 부위로서, 상기 C의 한 위치에 대하여 실질적으로 상보적인 뉴클레오타이드 서열을 포함하고, 상기 B는 최소 세 개 이상의 데옥시이노신을 유니버설 염기로 포함하는 뉴클레오타이드의 연속 서열을 포함하는 분할 부위이며, 상기 C는 혼성화되는 상기 타겟 핵산 서열의 한 위치에 대하여 실질적으로 상보적인 뉴클레오타이드 서열을 가지는 3'-고 Tm 특이성 부위로서, 상기 A의 한 위치에 대하여 실질적으로 상보적인 뉴클레오타이드 서열을 포함하고, 상기 A의 Tm은 10℃-30℃으로 상기 C의 Tm인 50℃-65℃ 보다 낮고, 상기 분할 부위는 3개의 부위 중에서 가장 낮은 3℃-10℃의 Tm을 가지며, 상기 분할 부위는 상기 A와 C가 상기 타겟 핵산 서열에 혼성화되는 조건 하에서 비염기쌍 구조를 형성하고, 상기 5'-저 Tm 특이성 부위의 길이는 3'-고 Tm 특이성 부위의 길이보다 길이가 짧으며, 상기 5'-저 Tm 특이성 부위는 3 내지 5개의 뉴클레오타이드 길이, 상기 분할 부위는 3 내지 5개의 뉴클레오타이드 길이 및 상기 3'-고 Tm 특이성 부위는 18 내지 30개의 뉴클레오타이드 길이를 가지고, 상기 3'-고 Tm 특이성 부위는 혼성화되는 타겟 핵산 서열에 대하여 완벽하게 상보적인 뉴클레오타이드 서열을 가지는 것을 특징으로 하며, 상기 혼성화는 C 단독에 의한 혼성화가 발생되지 않는 조건 하에서 실시되며, 그리고
(b) 상기 1차 증폭 산물을, 상기 단계 (a)에 사용된 올리고뉴클레오타이드와 동일한 덤벨 구조 올리고뉴클레오티드를 포함하는 2개 이상의 프라이머 쌍 및 SYBR Green, SYTO 9, EvaGreen 또는 LCGreen을 포함하는 형광발생 리포터(fluorogenic reporter)를 이용한, 2차 증폭 반응에 의해 증폭시키고, 0.05℃ 내지 0.02℃ 범위의 해상도로 생성되는 융해 곡선의 분석(melt curve analysis)에 의해 형광발생 리포터로부터의 시그널을 검출하는 단계로서, 상기 시그널의 검출은 타겟 핵산 서열의 존재를 나타낸다.
A method for detecting two or more target nucleic acid sequences using dumbbell structure oligonucleotides, comprising the steps of:
(a) first amplifying two or more target nucleic acid sequences using two or more primer pairs comprising a dumbbell structure oligonucleotide represented by at least one of the following general formulas, Amplification to the point in time before significant competition between amplification products occurs in the range of 5 to 20 cycles by the first amplification reaction of the polymerase chain reaction which repeats the process of the template-dependent extension reaction including nucleotide hybridization, extension and denaturation process :
General formula: 5'-ABC-3 '
Wherein A is a 5'-low Tm specific region having a nucleotide sequence that is substantially complementary to a position of the target nucleic acid sequence to be hybridized, the nucleotide sequence comprising a nucleotide sequence substantially complementary to one position of C , B is a cleavage site containing a consecutive sequence of nucleotides containing at least three deoxyinosine as a universal base, and C is a nucleotide sequence having a nucleotide sequence substantially complementary to a position of the target nucleic acid sequence to be hybridized A 3'-high Tm specificity region comprising a nucleotide sequence substantially complementary to one position of said A, said Tm of said A being 10 ° C to 30 ° C lower than the Tm of said C of 50 ° C to 65 ° C, The division site has the lowest Tm of 3 占 폚 -10 占 폚 among the three sites, and the division sites are A and C Wherein the length of the 5'-low Tm specificity region is shorter than the length of the 3'-high Tm specificity region, and the 5'-low Tm specificity region Wherein the 3'-high Tm specificity region has a length of 3 to 5 nucleotides, the division region has 3 to 5 nucleotide lengths and the 3'-high Tm specificity region has 18 to 30 nucleotide lengths, Characterized in that the hybridization is carried out under conditions that hybridization by C alone does not occur, and
(b) contacting the primary amplification product with at least two primer pairs comprising the same dumbbell structural oligonucleotide as the oligonucleotide used in step (a) and a fluorescence generating reporter comprising SYBR Green, SYTO 9, EvaGreen or LCGreen amplifying by a second amplification reaction using a fluorogenic reporter and detecting a signal from the fluorescence generating reporter by melt curve analysis generated at a resolution in the range of 0.05 ° C to 0.02 ° C, The detection of the signal indicates the presence of the target nucleic acid sequence.
4. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein step (a) is carried out in a range of 10 to 15 cycles.
4. The method of claim 3, wherein the oligonucleotides used in steps (a) and (b) are oligonucleotides for amplifying five or more target nucleic acid sequences.
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